几何扩展卡尔曼滤波算法在卫星姿态确定系统中的应用

卡尔曼滤波因其良好的性能广泛应用于卫星姿态确定中.经典的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法在估计姿态坐标系中表示估计误差矢量,由于没有考虑到估计姿态坐标系与真实姿态坐标系之间存在偏差,从而导致姿态估计精度下降.针对这个问题,Andrle M S通过几何变换引入误差一致性表示,在此基础上,提出了几何扩展卡尔曼滤波(GEKF)算法,将姿态误差四元数和陀螺漂移增量通过几何变换进行一致性表示,解决了估计误差矢量表示不一致的问题.本文介绍了误差一致性表示的原理,并将GEKF算法应用于含常值漂移与时间相关漂移的陀螺模型中,仿真实验表明:GEKF算法比MEKF对陀螺漂移的估计更加精确,在滤波精度上取得了明显改善.     

基于卡尔曼滤波算法的MEMS陀螺仪误差补偿研究

为了补偿MEMS陀螺仪的漂移误差,本文采用了一种新的卡尔曼滤波算法。文中对MPU3050陀螺仪进行分析,提出其漂移模型。通过分析陀螺仪的误差,建立陀螺仪的误差模型。卡尔曼滤波的效果通过阿伦方差进行评估,与其他滤波算法比较,在MEMS陀螺仪中采用卡尔曼滤波算法可以有效的减少SCM（单片机）计算,并在转台上对陀螺仪进行测试。实验结果表明,结合误差模型和卡尔曼滤波算法可有有效的减少陀螺仪的漂移误差。     

扩展风险性滤波算法的修正方法

针对非线性系统扩展风险性滤波(ERSF)估计精度较低的缺点,提出一种基于二阶Taylor展开对其进行高阶修正的算法.该算法利用高阶项对一阶扩展卡尔曼滤波(EKF)的状态估计向量及协方差阵进行适当修正,并由新息滤波方法得到修正的扩展风险性滤波(MERSF).高度非线性的仿真研究表明,所提出的算法在计算量增加不多的情况下,滤波精度有明显的提高.     

由TMS320C32芯片实现陀螺仪漂移卡尔曼滤波算法研究

陀螺仪漂移数据经过处理后将是一组高度相关的平稳随机时间序列.在对陀螺仪漂移数据建立时间序列AR模型的基础上,考虑到精度与实时性的要求,采用卡尔曼滤波算法对捷联陀螺"模拟漂移"数据进行了处理,并运用基于TI公司的TMS320C32型DSP对算法进行了实验.通过实时考察实验系统算法程序的运行情况可以看出,卡尔曼滤波算法能有效地提高陀螺精度,并且对于实时性要求高而计算量大的卡尔曼滤波算法,应用DSP技术实现具有良好的发展前景.     

用四元数状态切换无迹卡尔曼滤波器估计的飞行器姿态

在较大初始姿态误差角下, 针对捷联惯导/CCD星敏感器(strap-intertial navigation system/CCD star sensor, SINS/CCD)姿态估计系统扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)算法精度下降的问题, 提出了基于四元数的状态切换无迹卡尔曼滤波算法. 通过状态实时切换降低了全维无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter, UKF)的维数, 减小了计算复杂度, 提高了系统的实时性. 文中采用基于特征向量求解的代价函数法计算四元数均值避免了UKF算法中四元数规范化的限制; 利用乘性误差四元数表示姿态更新点与估计点之间的距离, 解决了四元数协方差阵奇异性问题. 仿真实验结果表明: 与EKF相比, 该算法在精度上有较大提高; 与全维UKF算法和修正罗德里格斯参数UKF算法相比, 该算法精度相当但估计时间均有不同程度的减少.     

基于星敏感器/光纤陀螺的卫星定姿算法

为了达到卫星三轴姿态确定的精度要求,以某一对地定向的小卫星为研究对象,提出了基于滤波算法的星敏感器和光纤陀螺组合定姿的方案。采用四元数的方法建立卫星姿态确定模型,并采用扩展卡尔曼滤波,对得到的卫星姿态误差和陀螺漂移误差信息进行信息融合和相应的修正。仿真结果表明,即使采用中等精度的陀螺组件,也可以实现高精度定姿;并且验证了星敏感器的测量噪声和滤波周期等因素对定姿精度的影响。     

基于修正的卡尔曼滤波的姿态估计算法研究

研究惯导系统的稳定性问题,其中微惯性测量单元(MIMU)可以为捷联惯导系统提供实时的姿态和航向信息。研究姿态估计提高导航精度,由于陀螺漂移引起姿态误差,单独使用MIMU使姿态精度差。为了克服陀螺误差随时间积累不断增大,无法长时间提供稳定的姿态的缺点,提出采用磁强计修正的卡尔曼滤波四元数姿态估计算法。算法以姿态四元数为状态向量,通过四元数更新方程建立离散滤波状态方程,将加速度计和磁强计输出的六维数据转化为四元数的量测值建立量测方程,有效减少了计算量,补偿陀螺的漂移误差带来的影响。仿真结果表明改进算法提高了捷联惯导系统的精度和稳定性。     

扩展风险性滤波算法的修正方法

针对非线性系统扩展风险性滤波(ERSF)估计精度较低的缺点,提出一种基于二阶Taylor展开对其进行高阶修正的算法.该算法利用高阶项对一阶扩展卡尔曼滤波(EKF)的状态估计向量及协方差阵进行适当修正,并由新息滤波方法得到修正的扩展风险性滤波(MERSF).高度非线性的仿真研究表明,所提出的算法在计算量增加不多的情况下,滤波精度有明显的提高.

     

自主姿态测量算法研究

航姿系统一般不实时计算速度和位置信息,无法补偿地球自转和表观运动引起的分量误差,同时陀螺漂移较大,载体长时间持续机动时,出现姿态精度不高,甚至发散的问题。提出了一种基于卡尔曼滤波的姿态融合算法,将等效陀螺漂移列入系统状态,利用卡尔曼滤波的新息对运动状态进行判别,在一定条件下,用加速度计的输出作为量测量进行卡尔曼滤波的量测更新过程。实验结果表明,所提出的姿态融合算法考虑了陀螺漂移,能提高载体长时间机动时的姿态精度。     

改进的CKF算法及其在BDS/INS中的应用

针对标准容积卡尔曼滤波(CKF)在组合导航系统模型不确定情况下滤波精度下降甚至发散的问题,将奇异值分解(SVD)与CKF算法相结合,并引入强跟踪滤波(STF)理论,提出一种改进的强跟踪SVD-CKF算法.为提高数值计算的稳定性,采用SVD代替标准CKF中的Cholesky分解;引入STF理论框架,通过渐消因子对预测误差协方差阵进行在线修正,在系统模型不确定或系统发生大的突变时,能够提高系统的强鲁棒性.通过仿真结果验证了改进算法的有效性.