基于机动检测的捷联航姿算法研究

针对低精度陀螺仪、加速度计和磁传感器组成的捷联航姿系统存在的易受载体运动加速度影响而导致姿态精度下降甚至发散的问题进行了研究,提出了一种基于机动检测的捷联航姿算法。该算法根据陀螺仪数据进行姿态实时更新,利用加速度计和磁传感器输出对载体姿态误差进行校正以保持航姿输出的长期精度。算法根据加速度计输出在导航系中投影的水平分量进行机动检测,剔除机动期间的加速度数据,利用载体匀速运动状态下的加速度数据与磁传感器数据构造量测,利用卡尔曼滤波器对姿态误差进行估计并修正。仿真结果表明,该算法能有效完成载体机动检测,保证系统存在机动的情况下姿态精度满足应用要求。     

多传感信息融合的改进扩展卡尔曼滤波定姿

针对现有多传感器融合方法精度低、计算复杂等问题,提出了利用微惯性航姿系统的高精度传感器陀螺仪、加速度计和磁力计组合确定姿态的算法。对采集到的原始数据进行误差补偿和滤波,降低传感器本身噪声,采用四元素的四阶龙格库塔法求解陀螺仪的角度消除奇点问题。将陀螺仪数据作为预测数据,估计出卡尔曼的过程协方差;加速度计和磁力计数据作为观测数据,结合陀螺仪的误差估计出测量噪声协方差,通过卡尔曼滤波实现多传感信息融合,实现了准确的姿态定位。实验分析不同算法的误差,证明了算法的精确性和可靠性。     

基于MAEKF算法的航姿参考系统设计

构建了以低成本MEMS陀螺仪、加速度计和磁传感器组合的航姿参考系统,提出了一个乘性自适应扩展卡尔曼滤波算法.取乘性误差四元数和陀螺仪误差作为状态量,基于重力场和磁场构造了量测矢量,用于修正航姿数据.并采用准确量测法,给滤波器加入了四元数的归一化约束,最后给出了基于新息的估计量测噪声方差矩阵的公式.通过仿真和试飞验证,表明本文设计的低成本的航姿参考系统能够提供比较准确的航姿信息.与常规的扩展卡尔曼滤波器比较,本文设计的乘性自适应扩展卡尔曼滤波算法有效提高了系统的精度和稳定性,并且具有较好的鲁棒性.     

基于DSP的航姿系统多传感器信息融合技术

设计了基于DSP的专用导航计算机,并以此为硬件平台,采集陀螺仪、加速度计、磁航向传感器和速度传感器信号,利用卡尔曼滤波技术进行多传感器信息融合,成功搭建了低成本小型航姿系统。针对该航姿系统的特点,设计了导航计算机程序快速更新软件,对卡尔曼滤波器进行低阶处理。针对导航计算机“数字信号处理器(DSP)+单片机(MCU)”的特殊结构,设计了合理的多传感器信息融合程序。实验证明:航姿系统利用多传感器信息融合技术,使用自行研制的专用导航计算机平台,姿态误差小于0.2,°航向误差小于0.5°,且大大减小了系统成本、体积和功率,具有实际应用价值。     

基于卡尔曼滤波的航姿参考系统设计

针对传统的航姿参考系统AHRS（Attitude and Heading Reference System）中姿态角精度不高的问题,设计了一种新型的基于卡尔曼滤波的姿态检测系统。该系统采用了三轴磁传感器、三轴陀螺仪及三轴加速度计,用四元数的方法来描述载体运动的姿态,通过陀螺仪测姿态四元数,卡尔曼滤波算法融合加速度计和磁传感器数据,对姿态四元数进行修正,从而提高姿态解算精度。实验数据表明,系统能够较好修正陀螺仪漂移,且三个角度的均方根误差均优于0.25°,具有良好的噪声抑制能力。     

航姿系统矢量传感器非对准误差及其校正

航姿参考系统中三轴磁强计与三轴加速度计常采用椭球拟合法进行误差校正与补偿,其缺点是校正后不同传感器之间以及传感器坐标系与载体坐标系之间往往还存在非对准误差.由定量分析得知此类非对准误差所引起的航姿参考系统航向角误差具有常值误差与半圆罗差之和的形式.利用地磁矢量与重力矢量的点积为常数这一性质,并结合三维旋转矩阵的小角度近似表达式,对椭球拟合法校正后的传感器非对准误差进行了补偿,在不同磁干扰条件下均可使校正效果得到改善,航向剩余误差(均方根)平均减小30%以上.     

航姿系统矢量场传感器校正的双内积法

三轴磁强计与加速度计广泛用于航姿系统中,针对其误差补偿问题,提出一种基于双内积的校正方法。该方法利用了地磁场和重力矢量自身模值守恒,以及二者在旋转轴上投影的不变性。该方法能克服基于椭球拟合的校正方法无法补偿非对准误差的缺陷,实现三轴磁强计及加速度计的完全校正。实验结果表明,该方法能有效改善航姿系统的精度且操作简便。     

航姿参考系统中磁航向传感器误差标定与补偿

对于航姿参考系统中磁航向传感器的输出精度来说,误差环境对其精确度的影响起着很大的作用.为了校正磁航向传感器的误差,提出了一种基于改进最小二乘法的椭球拟合法,对三轴磁传感器误差做快速标定补偿.首先,对磁航向传感器的误差产生机理进行有效分析,然后,针对分析结果建立误差椭球模型,推导出误差系数的解算公式,利用改进的椭球拟合方法对磁航向传感器进行标定和补偿.实验结果表明,改进的椭球拟合方法能够正确快速的标定补偿磁航向传感器的零偏误差、非正交误差、灵敏度误差,在解决当前磁传感器标定补偿计算量大、操作时间长、标定设备要求高等问题上达到了预期的效果,具有补偿效果显著,简单易行等特点.     

一种简单的低成本航姿系统标定及修正方法

在对低成本航姿系统进行加速度计与磁力计的标定中,通常磁力计的信噪比更低,仅使用椭球拟合法标定传感器误差参数结果是不够精确的;为了提高标定结果的准确性,提出了一种在多位置条件下基于椭球拟合约束和点积法的误差参数标定及修正方法;首先,在静态多位置下获取15对低噪声的测量数据并进行椭球拟合标定,其次,用补偿后的磁力计数据分布特征构建椭球约束条件,通过点积法计算地磁矢量与水平面夹角,并以其均方差来量化修正效果,对磁力计中可观性差的轴间不正交误差参数和传感器间非对准误差参数进行修正,最终提升标定效果;仿真和实测的试验结果表明,在同等椭球拟合约束下,该方法相比于独立使用椭球拟合法和点积不变法,地磁矢量与水平面夹角的均方差下降了25%以上,且具有简单易用的特点。     

基于遗传算法的航姿参考系统最小二乘磁标定方法研究

基于MEMS航姿参考系统磁误差分析和误差模型,提出了一种基于遗传算法融合的最小二乘算法,用于磁强计的标定校准。与传统的方法相比,该方法不需要借助相关的校准仪器,利用有效的大量数据通过迭代求得泊松模型的参数。通过此方法的误差补偿,航姿参考系统的精度得到了提高,实验结果验证了该方法的实用性和有效性。