基于Mahony与改进Kalman融合的姿态解算方法

获得精确的载体姿态信息是提高载体导航定位的关键。 针对加速运动会产生非重力加速度干扰,而传统滤波算法无法 解决其导致的精度下降的问题,提出一种基于 Mahony 和改进 Kalman 融合的姿态解算方法。 首先采用惯性测量传感器所得数 据进行 Mahony 解算,将其结果作为改进 Kalman 的量测信息;其次通过陀螺仪解算,将其结果作为改进 Kalman 的状态信息实现 姿态解算。 实验结果表明,本文所提出的方法相较于传统方法,解算精度提高一个数量级以上,能有效地抑制漂移误差高频噪 声,大幅提升了载体姿态角解算精度,且具有良好的收敛性。     

基于 Mahony-EKF 算法的手臂运动姿态测量系统

针对传统姿态解算方法效率迟缓、精度低下及稳定性差等问题,提出一种基于Mahony和扩展卡尔曼(EKF)相融合的算法,并开发出一种新型人体手臂姿态测量系统。首先,通过STM32微处理器采集MEMS传感器测得的数据,借助Mahony滤波器解算加速度计、磁力计和陀螺仪的数据,以此得到初步姿态四元数。其次,将初步姿态四元数作为EKF量测值,依据非重力加速度调节量测噪声协方差矩阵。然后,根据陀螺仪测得的角速度信息建立EKF状态方程,通过EKF滤波更新状态,获取解算融合后的手臂姿态数据。最后,将数据发送到上位机,通过上位机软件实时监测姿态角数据,再构建三维模型实时还原手臂的运动状态。经实验验证,应用EKF算法矫正Mahony滤波解算出的姿态数据,不仅可以使误差减小到0.5°、消除超调量和降低噪声干扰,还能有效克服传统姿态解算方法中需要大量数据集和计算时间长问题,从而抑制了随机波动,提高姿态解算精度。     

基于加速度变噪声EKF的无人机姿态融合算法

针对传统无人机姿态解算方法过程复杂、计算量大、动态性能差的缺点,建立无人机姿态模型;采用陀螺仪对加速度计直接进行滤波的方法,设计出新的基于扩展kalman滤波的加速度滤波器;并且考虑到无人机非重力加速度的影响,对常规kalman滤波器进行了变噪声的改进。利用STM32微控制器和MEMS惯性单元搭建硬件平台进行对比实验。结果表明:在168 MHz时钟频率下,一次传感器数据读取和姿态解算总共耗时3.27 ms,数据更新率可达100 Hz。新算法飞行动态误差小于1°,而传统四元数法动态误差为2°左右;变噪声处理后静态瞬时偏差由4°降到1°。说明新算法的抗震效果和解算精度更好,可以为无人机自主飞行提供更准确的姿态信息。     

微型姿态解算系统的抗磁干扰算法研究

基于MARG传感器的EKF算法可以有效地抑制MEMS陀螺精度低及陀螺漂移较大等缺陷,为MEMS陀螺的广泛应用提供了有效途径.然而MARG传感器中的磁强计容易受到外界磁场干扰,从而对融合结果产生不利影响.基于MARG传感器组成的微型姿态解算系统,提出了一种消除外界磁场干扰的抗磁干扰算法,有效地对存在磁场干扰时的姿态解算融...     

基于 MIMU/ 磁传感器 / 双天线 RTK 的姿态测量方法研究

现今,惯性传感器加双天线RTK的组合测姿方法被广泛的应用于车载测姿领域,该方法集中了惯性传感器的快速更新速率特点和双天线RTK的高精确度的优点。针对当遇到高楼或者树林阻挡时卫星信号会丢失,导致双天线RTK(real time kinematic)无法提供可用的航向角,而惯性传感器又无法长时间保持航向角精度问题。本文尝试采用了一种基于微惯性测量单元(miniature inertial measurement unit, MIMU)与磁传感器与双天线RTK的信息融合方法。开展了实际跑车实验分析。得出了在卫星信号丢失的条件下本方法通过引入磁传感器提供航向信息,能够保证高精度车辆姿态数据的稳定输出。     

基于MEMS/GPS/地磁组合的弹体姿态解算

MEMS惯性器件由于具有自主性、连续性和隐蔽性等优点被广泛运用于载体的姿态解算中,但由于MEMS惯性器件的制作精度和误差积累等问题使得解算出的姿态信息并不准确.同时由于地磁传感器可以实现高精度的姿态测量,但不能独立解算出姿态信息.因此为了提高惯导姿态解算的精度,所以采用GPS、地磁辅助惯导进行姿态解算.设计的方案是在传统惯导姿态解算误差状态方程的基础上,将地磁和GPS解算的滚转、偏航和俯仰角与惯导解算出来的相应角的差值添加到传统惯导姿态解算误差状态方程中,以速度误差和滚转、偏航和俯仰角误差为量测值,估计出组合系统的姿态误差,并与惯导解算出的姿态误差进行对比,从而验证所提出的方法的可行性.     

EWT 算法在姿态解算中的应用

针对陀螺仪存在低频噪声和漂移误差导致姿态测量精度下降的问题,提出采用经验小波变换( empirical wavelet transform,EWT)算法融合陀螺仪、加速度计解算姿态角。 首先运用 EWT 算法对陀螺仪采集的数据进行频谱分割,得到信号的 模态分量;其次采用小波自适应软阈值去噪的方法对信号进行降噪处理并重构信号,得到处理后的陀螺仪数据;然后根据 PID 互补滤波方法,利用加速度计的数据实现对陀螺仪数据的修正;最后利用校正后的陀螺仪数据,结合龙格库塔法解算四元数,从 而通过四元数获得精确的姿态角。 实验结果表明,EWT 算法融合陀螺仪和加速度计,能够将姿态解算精度提高 50%,且降噪效 果良好,满足姿态解算准确性的要求。     

船用捷联惯导系统姿态解算的研究

以船舶为对象,研究了摇摆运动的捷联惯导姿态解算问题,分析了不可交换性误差产生的原因,提出了消除该误差的等效旋转矢量方法,仿真结果表明,等效旋转矢量方法提高了导航精度。     

基于自适应CKF的姿态数据融合算法

为了提高基于MEMS惯性传感器的捷联惯性导航系统姿态解算的精度,提出了一种自适应容积卡尔曼滤波（CKF）数据融合算法。该数据融合算法将姿态四元数作为系统状态,将加速度计信息和磁力计信息作为系统观测量,对系统过程噪声矩阵和观测噪声矩阵进行实时的自适应估计,解决了因系统噪声突变引起的姿态解算精度急剧下降的问题。实验结果表明,采用自适应CKF数据融合算法比单纯基于陀螺仪的捷联姿态解算精度有明显的提高,在载体动态时测得的横滚角和俯仰角误差在1°以内,航向角误差在2°以内。     

基于Huber鲁棒估计的改进互补滤波姿态解算算法

针对站球机器人在坡面运动过程中,由于系统振荡倾向性导致的姿态估计不准确以及在估计中存在噪声等问题,设计了一种基于Huber鲁棒估计的改进互补滤波姿态解算算法。首先,对站球机器人在斜坡上进行了动力学分析和运动性能分析。其次,利用Huber鲁棒估计抑制站球机器人在坡面运动过程中由于机身振荡所引入的干扰噪声,并改进互补滤波进行姿态解算。最后,为了减少磁力计输出不稳定对姿态解算的干扰,设计了一种数据平滑切换方法。实物实验结果表明,设计的基于Huber鲁棒估计的改进互补滤波姿态解算算法相比于互补滤波算法,对俯仰角、横滚角和偏航角的估计精度分别平均提高19.21%、25.48%和36.04%,该算法可以有效地抑制站球机器人在坡面运动过程中由于机身振荡引入的噪声,能够保证姿态解算的准确性和实时性。     

基于多核架构无人机飞行控制系统设计与实现

针对中小型固定翼无人机自主起降与编队飞行任务,采用双ARM Cortex M4＋DSP架构,综合多传感器融合策略,利用多频段通信技术和舵机控制回路冗余设计的方法,设计并实现了一套飞行控制系统。该系统能为无人机自主起降与编队飞行提供了精确引导和相对定位信息与强大的通信支持、具有效率高、稳定性好、可靠性强以及集成度高等优点。地面半实物仿真和实际飞行试验结果表明,该飞行控制系统有效的支撑了无人机自主起降、多机编队飞行等研究。     

智能无人机站设计

介绍了智能无人机站的硬件结构以及系统软件功能,在硬件结构上充分考虑了机站野外使用的恶劣环境,具备防雨雪、防风的结构;在系统软件上,提供了电源管理功能、无人机管理功能、通信功能、数据存储传输功能.智能无人机站的控制模块基于STM32F407开发,配备WiFi模块、4G模块、气象传感器等设备.经过测试,设备稳定可靠,为电力...     

无人机控制器应用芯片测试系统设计

针对某型无人机控制系统,设计芯片测试系统,目的在于保证无人机控制系统的可靠性及稳定性。在无人机控制系统研发过程中,需要对其中各部分的设计、所使用器件的功能实现进行检测,为此提出并实现一种以DSP为核心处理器的测试系统方案,详细给出了系统整体方案的设计和具体功能模块的测试方法。实验结果证实系统可以很好地完成控制器各部分的性能测试,而且测试系统体积小、携带方便、可扩展、可靠性高,利于推广。     

基于四元数卡尔曼滤波的四旋翼姿态测量系统设计与实现

在嵌入式微小型四旋翼姿态测量系统中,姿态算法、系统冗余、硬件方案等直接影响了测量系统的性能和实用性。针对上述问题构建了一种兼具实用性、鲁棒性以及准确性的姿态测量系统。系统使用四元数卡尔曼滤波对微机电陀螺仪、微机电加速度计以及微机电磁力计进行数据融合处理,在硬件设计中采用双加速度计,并同时采用不同采样频率对其采样以增强系统的冗余性。仿真结果表明该数据融合方法的稳定性以及准确性,同时仿真数据表明系统的测量误差在0.5°以内,能够满足微小型四轴飞行器控制系统所需的姿态测量要求。     

小型无人飞行器机动过程中航姿互补滤波算法研究

磁惯导系统(MINS)广泛应用于小型无人飞行器的导航控制,能对加速度计、磁强计和陀螺仪等传感器的数据进行融合,得到航向与姿态信息,也被称为航姿参考系统(AHRS)。在频域实现数据融合的互补滤波算法是AHRS中的一种可靠姿态估计方法,具有简捷高效的优点。将基于不同传递函数及各种航姿表示形式的姿态互补滤波归纳为统一的广义互补滤波算法(GCF),分析该类算法中的乘性姿态误差,并引入运动加速度补偿方法,可以改善载体机动状态下的姿态精度。数值仿真及实验结果显示,GCF的滤波效果与无人机常用的卡尔曼滤波算法相当,而处理时间仅为后者的1/20,且GCF具有良好的数值稳定性,配合运动加速度补偿算法可有效消除线加速度对航姿测量的不利影响,尤其适合低成本、小型无人机应用场合。     

输电线路无人机巡检实时通信技术研究

输电线路无人机巡检时获取的信息量很大,实时回传对无线通信系统的压力很大。为解决以上问题,提高无人机巡检的应用效果,在准确分析输电线路走向特征的基础上,引入高增益定向天线,提出宽窄波束相互配合对输电线路区段进行电波覆盖、在信号处理方面采用波束切换的技术方法,显著提高系统设备能力,降低了远距离高速传输对无人机载设备的功耗、体积和重量压力,从而在较大范围内保证了为通信系统持续提供高速传输的能力。     

基于卡尔曼滤波的MUH姿态信号融合算法研究

利用MEMS陀螺仪和加速度计获取姿态的方法已被广泛用于低成本的民用无人直升机上,陀螺仪的漂移和加速度计中的运动加速度都会影响估计精度,设计了基于四元数的卡尔曼滤波器,根据三轴角速率陀螺和加速度计信号,融合无人直升机姿态信号,并针对陀螺仪的漂移和加速度计的测量误差,设计了自适应的量测噪声方差矩阵,补偿融合精度,得到稳定可靠且精度较高的姿态信息,用于无人直升机的内环增稳控制.实验表明,该方法估值精度较高,能有效解决小型无人直升机姿态求解问题.     

面向大型室内场景的无人机三维激光雷达解耦SLAM方法

大型室内场景通常在高程方向结构较为相似,导致激光雷达扫描点云在高程方向特征退化,传统激光雷达SLAM的无人机定位方法易发生高程特征误匹配。针对于此,提出了一种基于惯性/高度传感器信息辅助的机载三维激光雷达解耦SLAM算法：将高度传感器、惯性姿态引入点云初始化过程,提高初始位姿匹配精度;将基于多元正态分布的点云配准算法在水平、高度通道解耦,约束点云配准方向,提高高程退化环境下的定位精度;同时使得传统SLAM六维位姿解算降为三维,降低了计算量。通过Gazebo构建船舱仿真场景,对提出的方法进行验证,结果表明本文方法可以提高在高程特征退化下的激光雷达SLAM定位精度,比传统算法提升40%以上,并有效提高了计算效率。