基于MEMS的微小型GPS-SINS組合測(cè)姿系統(tǒng)研究.pdf

1、本文研究?jī)?nèi)容是為某小型無(wú)人機(jī)研制一款姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，完成無(wú)人機(jī)姿態(tài)角的實(shí)時(shí)解算，為姿態(tài)穩(wěn)定回路提供所需的測(cè)量反饋?；谛⌒突⒌凸暮偷统杀镜目紤]，論文采用中等精度的MIMU與GPS組合進(jìn)行無(wú)人機(jī)姿態(tài)的測(cè)量。
　　針對(duì)小型無(wú)人機(jī)高機(jī)動(dòng)飛行的特點(diǎn)，使用GPS導(dǎo)出的機(jī)體運(yùn)動(dòng)加速度補(bǔ)償加速度計(jì)輸出。用補(bǔ)償后所得的重力場(chǎng)分量和重力場(chǎng)、磁場(chǎng)解算得到的航向角作為觀測(cè)量，并將四元數(shù)微分方程作為狀態(tài)方程建立擴(kuò)展卡爾曼濾波器，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)姿態(tài)角的濾波

2、估計(jì)。組合后的測(cè)姿系統(tǒng)克服了陀螺測(cè)姿隨時(shí)間發(fā)散、不能長(zhǎng)期使用的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)高機(jī)動(dòng)、長(zhǎng)航時(shí)飛行的精確測(cè)姿功能。
　　為獲得機(jī)動(dòng)狀態(tài)下，無(wú)人機(jī)重力加速度沿機(jī)體三軸的分量，論文對(duì)GPS導(dǎo)出加速度方法進(jìn)行了研究。采用偽距率差分解算加速度，并使用漸消卡爾曼濾波器進(jìn)行濾波，提高了機(jī)動(dòng)狀態(tài)下機(jī)體運(yùn)動(dòng)加速度的測(cè)量精度。從加速度計(jì)輸出值中補(bǔ)償?shù)暨\(yùn)動(dòng)加速度、哥式加速度和法向加速度，進(jìn)而獲得機(jī)動(dòng)狀態(tài)下機(jī)體重力加速度沿機(jī)體三軸的分量。
　　一

3、般情況下，MEMS陀螺測(cè)量精度較低，為提高系統(tǒng)的測(cè)量精度，論文采用Allan方差分析法分析了各誤差項(xiàng)對(duì)陀螺隨機(jī)誤差的影響，為姿態(tài)解算過(guò)程中陀螺的隨機(jī)誤差模型的建立提供了依據(jù)。論文還通過(guò)漸消卡爾曼濾波器對(duì)陀螺的隨機(jī)誤差進(jìn)行了補(bǔ)償，解決了機(jī)動(dòng)狀態(tài)下使用常規(guī)卡爾曼濾波補(bǔ)償效果不理想的問(wèn)題。
　　論文采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行各模塊的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)機(jī)動(dòng)和非機(jī)動(dòng)飛行、GPS失鎖和有效等狀態(tài)下的系統(tǒng)兼容，保證了不同飛行狀態(tài)和條件下系統(tǒng)