基于MEMS的微小型GPS-SINS組合測姿系統(tǒng)研究.pdf

1、本文研究內(nèi)容是為某小型無人機研制一款姿態(tài)測量系統(tǒng)，完成無人機姿態(tài)角的實時解算，為姿態(tài)穩(wěn)定回路提供所需的測量反饋?；谛⌒突?、低功耗和低成本的考慮，論文采用中等精度的MIMU與GPS組合進行無人機姿態(tài)的測量。
　　針對小型無人機高機動飛行的特點，使用GPS導(dǎo)出的機體運動加速度補償加速度計輸出。用補償后所得的重力場分量和重力場、磁場解算得到的航向角作為觀測量，并將四元數(shù)微分方程作為狀態(tài)方程建立擴展卡爾曼濾波器，實現(xiàn)對無人機姿態(tài)角的濾波

2、估計。組合后的測姿系統(tǒng)克服了陀螺測姿隨時間發(fā)散、不能長期使用的缺點，實現(xiàn)了無人機高機動、長航時飛行的精確測姿功能。
　　為獲得機動狀態(tài)下，無人機重力加速度沿機體三軸的分量，論文對GPS導(dǎo)出加速度方法進行了研究。采用偽距率差分解算加速度，并使用漸消卡爾曼濾波器進行濾波，提高了機動狀態(tài)下機體運動加速度的測量精度。從加速度計輸出值中補償?shù)暨\動加速度、哥式加速度和法向加速度，進而獲得機動狀態(tài)下機體重力加速度沿機體三軸的分量。
　　一

3、般情況下，MEMS陀螺測量精度較低，為提高系統(tǒng)的測量精度，論文采用Allan方差分析法分析了各誤差項對陀螺隨機誤差的影響，為姿態(tài)解算過程中陀螺的隨機誤差模型的建立提供了依據(jù)。論文還通過漸消卡爾曼濾波器對陀螺的隨機誤差進行了補償，解決了機動狀態(tài)下使用常規(guī)卡爾曼濾波補償效果不理想的問題。
　　論文采用模塊化的設(shè)計思想，進行各模塊的軟件設(shè)計，實現(xiàn)了無人機機動和非機動飛行、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)