船用MEMS航姿測量系統(tǒng)算法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、基于MEMS慣性器件的低成本航姿測量系統(tǒng)在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域的都具有廣泛的應(yīng)用前景。本文依托實(shí)驗(yàn)室有關(guān)低成本船用衛(wèi)星天線姿態(tài)測量系統(tǒng)的在研項(xiàng)目，開展基于MEMS慣性器件、磁強(qiáng)計(jì)及GPS的組合航姿系統(tǒng)相關(guān)算法研究，并通過仿真驗(yàn)證了算法的可行性及有效性，為MEMS航姿測量系統(tǒng)在船載衛(wèi)星天線穩(wěn)定系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用奠定了一定的基礎(chǔ)。
　　 （1）MEMS陀螺隨機(jī)漂移是影響姿態(tài)解算精度的主要因素，針對其誤差模型的未知性，本文利用時(shí)間序列分析

2、法通過靜態(tài)測試數(shù)據(jù)建立了陀螺隨機(jī)漂移的ARMA模型，并將其應(yīng)用于后續(xù)姿態(tài)估計(jì)算法比較中。
　　 （2）在不使用GPS的情況下，根據(jù)船舶運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)與系統(tǒng)工作要求，通過對多種姿態(tài)更新算法的理論分析與仿真比較，得出修正的Rodrigues參數(shù)法計(jì)算量明顯比四元數(shù)法和旋轉(zhuǎn)矢量法要小，計(jì)算精度與四元數(shù)相近，同時(shí)克服了四元數(shù)描述姿態(tài)時(shí)存在冗余帶來的不足，為姿態(tài)更新算法選擇提供依據(jù)。
　　 （3）在前述研究的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了以陀螺零偏和修

3、正的Rodrigues參數(shù)為狀態(tài)向量，以加速度計(jì)、磁強(qiáng)計(jì)輸出為觀測向量的EKF姿態(tài)估計(jì)模型，利用與其影子參數(shù)相互切換的方法解決了修正的Rodrigues參數(shù)在描述姿態(tài)時(shí)存在奇異的問題。通過全姿態(tài)以及搖擺運(yùn)動(dòng)條件下的仿真驗(yàn)證了算法的可行性及優(yōu)越性。
　　 （4）為檢驗(yàn)ARMA模型的適用性，通過靜止及搖擺運(yùn)動(dòng)條件的仿真得出，采用ARMA模型對姿態(tài)角和陀螺零偏的估計(jì)及補(bǔ)償精度在靜態(tài)條件下較隨機(jī)游走模型高，但在搖擺運(yùn)動(dòng)條件下精度和計(jì)算量