低成本AHRS-GPS緊耦合融合濾波技術(shù)研究.pdf

1、隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，微型慣性測量組合(MIMU)在低成本捷聯(lián)導(dǎo)航系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。航姿參考系統(tǒng)(AHRS)是一套由MIMU和地磁傳感器組成的三自由度姿態(tài)測量單元，具有體積小、重量輕、高可靠和耐沖擊等突出特性，可實現(xiàn)動態(tài)環(huán)境下載體實時姿態(tài)航向控制。將其與小型GPS組合起來，構(gòu)成載體最理想的組合導(dǎo)航定位模式。 擴展卡爾曼濾波(EKF)是處理組合導(dǎo)航系統(tǒng)信息融合最有效的手段，針對MEMS傳感器漂移大、穩(wěn)定性差等特點，開展改進的E

2、KF方法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制相結(jié)合的融合濾波方法，以尋求最佳導(dǎo)航參數(shù)估計精度。論文圍繞AHRS單機工作算法以及AHRS/GPS緊耦合融合濾波技術(shù)兩部分開展研究工作。 在掌握各傳感器工作機理的基礎(chǔ)上，深入研究微機械A(chǔ)HRS捷聯(lián)姿態(tài)算法，利用加速度計和磁通門傳感器對重力、地磁兩不共線參考向量的觀測，修正陀螺積分后的角度漂移，建立載體系下姿態(tài)Kalman濾波器觀測修正方程，對陀螺零漂進行有效估計和補償。 從陸用載體姿態(tài)變化可能過

3、快這一實際情況出發(fā)，闡明縮短載體姿態(tài)更新周期的必要性。引入對偶四元數(shù)(DQ)理論，以優(yōu)化AHRS姿態(tài)更新矩陣的解算過程。方法在快速求取變換矩陣的同時，獲得平移向量。通過MEMSAHRS搖擺機座仿真試驗，驗證了方法的可行性。 鑒于AHRS對地磁參考向量的信賴，討論磁場干擾特性和相應(yīng)對策，在軟件層面上，開展磁航向角誤差補償算法的研究。方法簡單易行，適于在實際系統(tǒng)中應(yīng)用。 提出一種基于強跟蹤(ST)性能的高斯二階EKF(QEK

4、F)自適應(yīng)濾波算法，將其應(yīng)用于AHRS/GPS緊耦合導(dǎo)航系統(tǒng)中。建立了偽距—偽距率—航向角組合觀測數(shù)學(xué)模型，引入QEKF方法，補償系統(tǒng)觀測方程線性化的二階截斷誤差，逼近組合系統(tǒng)非線性特性。利用ST算法降低對歷史狀態(tài)信息的使用率，快速跟蹤系統(tǒng)當(dāng)前時刻狀態(tài)突變，以保證濾波器可靠收斂，增強系統(tǒng)魯棒性能。 借助上述改進的EKF濾波器模型，設(shè)計神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輔助的組合導(dǎo)航濾波器，體現(xiàn)智能方法和經(jīng)典控制方法的融合性。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)樣本數(shù)大、及無狀態(tài)反饋