水下姿態(tài)解算的算法研究.pdf

1、近年來,水下載體的姿態(tài)測量越來越受到人們的關(guān)注。而姿態(tài)解算的算法設(shè)計在整個水下姿態(tài)測量系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的作用,也在很大程度上影響著系統(tǒng)的測量精度。設(shè)計適當(dāng)?shù)淖藨B(tài)解算算法成為了研究的重點。
　　針對本文的研究背景,本論文提出,采用微慣性傳感器對某產(chǎn)品水下運動過程中的角速率、加速度和磁強度信息進行測量和存儲,并在計算機上對慣性測量數(shù)據(jù)進行事后解算,從而獲取某產(chǎn)品運動過程中準(zhǔn)確地姿態(tài)、位置等信息的方案。論文圍繞上述方案,進行了如下幾個方面

2、的研究工作:
　　(1)確定合適的事后數(shù)據(jù)解算方法。分別介紹了歐拉角法、方向余弦法、四元數(shù)法和等效旋轉(zhuǎn)矢量法的解算原理和步驟。在對它們各自優(yōu)缺點進行比較的基礎(chǔ)上,重點對在實際工程中普遍采用的四元數(shù)法和等效旋轉(zhuǎn)矢量法,進行了算法的仿真研究。通過分析和比較,最終選擇四元數(shù)龍格-庫塔算法對慣性測量數(shù)據(jù)進行姿態(tài)、位置的解算。
　　(2)慣性測量器件的誤差分析。慣性測量器件的誤差在整個系統(tǒng)誤差中占的比重很大,是研究的重點。本文在介紹了

3、系統(tǒng)的微機械陀螺儀、微機械加速度計、三軸磁傳感器的工作原理的基礎(chǔ)上,分析、建立了傳感器誤差模型,并用Allan方差分析了陀螺儀隨機漂移誤差的特性。
　　(3)水下姿態(tài)解算算法的設(shè)計。初始對準(zhǔn)后,采用四元數(shù)的龍格-庫塔法處理陀螺儀的輸出以更新姿態(tài)四元數(shù)。利用加速度計和磁強計分別對地球重力場和地磁場的觀測來補償陀螺儀零偏。采用卡爾曼濾波方法對姿態(tài)四元數(shù)誤差做最優(yōu)估計,進而對所更新的四元數(shù)進行校正。利用微機械加速度計的輸出求得系統(tǒng)運動的