卡尔曼滤波算法在AHRS姿态角解算中的应用
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粤匀砸杂 航姿参考系统一般由相互正交的三轴陀螺仪尧 三轴 加速度计以及三轴磁强计组成袁 它通过对惯性传感器的数据进 行融合来精确解算空间姿态咱员原源暂遥 非单多轴 酝耘酝杂 惯性传感器 是 粤匀砸杂 系统的重要组成部分袁随着分布式系统的问世袁非单多 轴 酝耘酝杂 惯性传感器信息融合技术得到了广泛的研究和深入 的发展咱缘暂遥 酝耘酝杂 传感器价格低廉但精度较低袁在受到外界干扰 的时候袁采集的数据会偏离真实值遥 粤匀砸杂 系统在进行姿态角解 算的时候需要融合不同传感器的数据袁 利用它们各自的优点性 能来提高测量的精度遥 本文采用梯度下降法来进行数据融合进 而解算姿态角遥 在进行数据融合前袁必须对原始数据进行滤波处 理遥 而滤波处理的前提是得到原始数据的数学模型袁 目前袁 酝耘酝杂 传感器误差建模的常用方法有院 解析法建模和实验法建 模咱远暂遥 解析法建模基于 酝耘酝杂 陀螺仪内部机械结构和导致随机 漂移的物理机制来研究与之匹配的数学模型袁 由于在推导数学 模型的过程中包含一些假设条件袁 因此推导出的数学模型不可 避免的会出现失真现象遥 而实验法建模基于预先设定的测试方 案袁 采集器件在真实工作条件下的随机漂移数据进而获得随机 漂移的离散时间序列数据袁然后根据一些基本的误差模型袁推导 出随机误差的误差模型袁 在实际中实验法建模方法得到更多的 应用遥 时间序列分析法是通过实验法获取陀螺随机漂移误差模 型的方法中应用最广泛的方法之一咱苑暂遥 在获取随机误差的模型 后袁 可以基于此误差模型对原始数据进行卡尔曼滤波来减小白 噪声和零漂的影响遥 员 酝耘酝杂 传感器随机误差基于时间序列的建模
叶工业控制计算机曳圆园员愿 年第 猿员 卷第 远 期
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卡尔曼滤波算法在 粤匀砸杂 姿态角解算中的应用
运葬造皂葬灶 云蚤造贼藻则蚤灶早 粤造早燥则蚤贼澡皂 贼燥 悦葬造糟怎造葬贼蚤灶早 匀藻葬凿蚤灶早 葬灶凿 粤贼贼蚤贼怎凿藻 燥枣 粤匀砸杂 杂赠泽贼藻皂
刘浩宇 李 奇 渊东南大学自动化学院袁江苏 南京 圆员园园怨远冤
摘要院粤匀砸杂 航姿参考系统通过融合陀螺仪尧磁强计尧加速度计等 酝耘酝杂 传感器的数据来进行姿态角的解算遥酝耘酝杂 传 感器精度较低袁在受到外界干扰的情况下袁检测到的原始数据会出现较为严重的失真现象袁如果不对原始数据进行滤波处 理袁最后经过解算得到的姿态角会严重偏离真实值遥 常见的滤波方法有均值滤波尧卡尔曼滤波尧小波滤波等遥 当原始数据出 现较大的波动的时候袁均值滤波的滤波效果较差遥 实际应用中小波滤波算法复杂袁适用性差遥 采用基于时间序列建模的方法 对 酝耘酝杂 传感器原始数据建立数学模型袁然后根据状态方程和测量方程对数据进行卡尔曼滤波袁最后利用融合算法解算姿 态角遥 实验证明袁这种方法能够大大提高姿态角的精度遥
关键词院航姿参考系统袁酝耘酝杂 传感器袁时间序列建模袁卡尔曼滤波器
粤遭泽贼则葬糟贼押粤匀砸杂 泽赠泽贼藻皂 糟葬造糟怎造葬贼藻凿 澡藻葬凿蚤灶早 葬灶凿 葬贼贼蚤贼怎凿藻 遭赠 贼澡藻 皂藻贼澡燥凿 燥枣 枣怎泽蚤灶早 凿葬贼葬 枣则燥皂 贼澡则藻藻 酝耘酝杂 泽藻灶泽燥则泽熏泽怎糟澡 葬泽 早赠则燥泽糟燥责藻袁皂葬早灶藻贼燥皂藻贼藻则 葬灶凿 葬糟糟藻造藻则燥皂藻贼藻则援匀燥憎藻增藻则熏凿怎藻 贼燥 造燥憎 责则藻糟蚤泽蚤燥灶 酝耘酝杂 泽藻灶泽燥则泽熏凿葬贼葬 早葬贼澡藻则藻凿 枣则燥皂 泽藻灶泽燥则泽 憎燥怎造凿 凿藻增蚤葬贼藻 枣则燥皂 贼则怎藻 凿葬贼葬 憎澡藻灶 蚤贼 蚤泽 泽怎遭躁藻糟贼 贼燥 泽燥皂藻 藻曾贼藻则灶葬造 凿蚤泽贼怎则遭葬灶糟藻泽熏葬泽 葬 则藻泽怎造贼熏贼澡藻则藻 憎燥怎造凿 遭藻 葬 遭蚤早 藻则则燥则 蚤灶 贼澡藻 糟葬造糟怎鄄 造葬贼藻凿 澡藻葬凿蚤灶早 葬灶凿 葬贼贼蚤贼怎凿藻 蚤枣 灶燥 葬糟贼蚤燥灶 憎葬泽 贼葬噪藻灶援悦燥皂皂燥灶 枣蚤造贼藻则蚤灶早 葬造早燥则蚤贼澡皂泽 蚤灶糟造怎凿藻凿 葬增藻则葬早藻 枣蚤造贼藻则蚤灶早熏噪葬造皂葬灶 枣蚤造贼藻则蚤灶早 葬灶凿 憎葬增藻造藻贼 枣蚤造贼藻则蚤灶早援粤增藻则葬早藻 枣蚤造贼藻则蚤灶早 遭藻澡葬增藻凿 遭葬凿 燥灶 枣蚤造贼藻则蚤灶早 藻枣枣藻糟贼熏藻泽责藻糟蚤葬造造赠 憎澡藻灶 贼澡藻 燥则蚤早蚤灶葬造 凿葬贼葬 枣造怎糟贼怎葬贼藻凿 葬 造燥贼援宰葬增藻造藻贼 枣蚤造鄄 贼藻则蚤灶早 蚤泽 灶燥贼 藻葬泽赠 贼燥 遭藻 葬责责造蚤糟葬遭造藻 遭藻糟葬怎泽藻 燥枣 蚤贼泽 糟燥皂责造藻曾蚤贼赠援
关图法尧单位根检验法咱怨暂遥 本文重点介绍自相关图法遥 自相关是
指时间序列的各个序列值之间的关系袁 自相关程序可以由自相
关系数 则噪 表示遥
灶原噪
移渊载贼 原载軍冤渊载贼垣噪 原载軍冤
则噪 越 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 越 员 灶
移渊载贼 原载軍冤圆
灶越员
则噪 表示间隔 运 个序列的观测值之间的相关程度遥 灶 是总的
样本数袁噪 是间隔数袁曾軈是样本的平均值袁则噪 的绝对值越接近于 员袁 代表样本的自相关程度就越高遥
偏自相关是指在给定 贼越员 到 贼越噪 共 噪 个时间序列值的情况
下袁贼越园 时刻的观测值和 贼越噪垣员 时刻的观测值的相关程度遥 偏自
相关程度可以用偏自相关系数 椎噪噪 来表示院
扇椎员员 越则员
设 噪原员
时间序列就是某一系统在不同时间的响应袁 这个定义从系 统运行的观点出发袁 时间序列是所研究系统的历史行为的客观 记录袁因而它包含了系统结构特征及其运行规律咱愿暂遥 通过大量采 集 酝耘酝杂 传感器的原始数据并进行分析袁 得知 酝耘酝杂 传感器 的随机误差与温度尧速度尧重力方向的角度等具有某种关系袁存 在一定规律袁 因此特别适合采用基于时间序列建模的方法来获 取随机误差的模型遥 时间序列具有随机性尧平稳性和季节性遥 根 据研究对象的性质袁 在建立时间序列模型前需要判断其是否满 足建模的条件遥 一般判断时间序列是否平稳的常用方法有自相
粤匀砸杂 航姿参考系统一般由相互正交的三轴陀螺仪尧 三轴 加速度计以及三轴磁强计组成袁 它通过对惯性传感器的数据进 行融合来精确解算空间姿态咱员原源暂遥 非单多轴 酝耘酝杂 惯性传感器 是 粤匀砸杂 系统的重要组成部分袁随着分布式系统的问世袁非单多 轴 酝耘酝杂 惯性传感器信息融合技术得到了广泛的研究和深入 的发展咱缘暂遥 酝耘酝杂 传感器价格低廉但精度较低袁在受到外界干扰 的时候袁采集的数据会偏离真实值遥 粤匀砸杂 系统在进行姿态角解 算的时候需要融合不同传感器的数据袁 利用它们各自的优点性 能来提高测量的精度遥 本文采用梯度下降法来进行数据融合进 而解算姿态角遥 在进行数据融合前袁必须对原始数据进行滤波处 理遥 而滤波处理的前提是得到原始数据的数学模型袁 目前袁 酝耘酝杂 传感器误差建模的常用方法有院 解析法建模和实验法建 模咱远暂遥 解析法建模基于 酝耘酝杂 陀螺仪内部机械结构和导致随机 漂移的物理机制来研究与之匹配的数学模型袁 由于在推导数学 模型的过程中包含一些假设条件袁 因此推导出的数学模型不可 避免的会出现失真现象遥 而实验法建模基于预先设定的测试方 案袁 采集器件在真实工作条件下的随机漂移数据进而获得随机 漂移的离散时间序列数据袁然后根据一些基本的误差模型袁推导 出随机误差的误差模型袁 在实际中实验法建模方法得到更多的 应用遥 时间序列分析法是通过实验法获取陀螺随机漂移误差模 型的方法中应用最广泛的方法之一咱苑暂遥 在获取随机误差的模型 后袁 可以基于此误差模型对原始数据进行卡尔曼滤波来减小白 噪声和零漂的影响遥 员 酝耘酝杂 传感器随机误差基于时间序列的建模
叶工业控制计算机曳圆园员愿 年第 猿员 卷第 远 期
69
卡尔曼滤波算法在 粤匀砸杂 姿态角解算中的应用
运葬造皂葬灶 云蚤造贼藻则蚤灶早 粤造早燥则蚤贼澡皂 贼燥 悦葬造糟怎造葬贼蚤灶早 匀藻葬凿蚤灶早 葬灶凿 粤贼贼蚤贼怎凿藻 燥枣 粤匀砸杂 杂赠泽贼藻皂
刘浩宇 李 奇 渊东南大学自动化学院袁江苏 南京 圆员园园怨远冤
摘要院粤匀砸杂 航姿参考系统通过融合陀螺仪尧磁强计尧加速度计等 酝耘酝杂 传感器的数据来进行姿态角的解算遥酝耘酝杂 传 感器精度较低袁在受到外界干扰的情况下袁检测到的原始数据会出现较为严重的失真现象袁如果不对原始数据进行滤波处 理袁最后经过解算得到的姿态角会严重偏离真实值遥 常见的滤波方法有均值滤波尧卡尔曼滤波尧小波滤波等遥 当原始数据出 现较大的波动的时候袁均值滤波的滤波效果较差遥 实际应用中小波滤波算法复杂袁适用性差遥 采用基于时间序列建模的方法 对 酝耘酝杂 传感器原始数据建立数学模型袁然后根据状态方程和测量方程对数据进行卡尔曼滤波袁最后利用融合算法解算姿 态角遥 实验证明袁这种方法能够大大提高姿态角的精度遥
关键词院航姿参考系统袁酝耘酝杂 传感器袁时间序列建模袁卡尔曼滤波器
粤遭泽贼则葬糟贼押粤匀砸杂 泽赠泽贼藻皂 糟葬造糟怎造葬贼藻凿 澡藻葬凿蚤灶早 葬灶凿 葬贼贼蚤贼怎凿藻 遭赠 贼澡藻 皂藻贼澡燥凿 燥枣 枣怎泽蚤灶早 凿葬贼葬 枣则燥皂 贼澡则藻藻 酝耘酝杂 泽藻灶泽燥则泽熏泽怎糟澡 葬泽 早赠则燥泽糟燥责藻袁皂葬早灶藻贼燥皂藻贼藻则 葬灶凿 葬糟糟藻造藻则燥皂藻贼藻则援匀燥憎藻增藻则熏凿怎藻 贼燥 造燥憎 责则藻糟蚤泽蚤燥灶 酝耘酝杂 泽藻灶泽燥则泽熏凿葬贼葬 早葬贼澡藻则藻凿 枣则燥皂 泽藻灶泽燥则泽 憎燥怎造凿 凿藻增蚤葬贼藻 枣则燥皂 贼则怎藻 凿葬贼葬 憎澡藻灶 蚤贼 蚤泽 泽怎遭躁藻糟贼 贼燥 泽燥皂藻 藻曾贼藻则灶葬造 凿蚤泽贼怎则遭葬灶糟藻泽熏葬泽 葬 则藻泽怎造贼熏贼澡藻则藻 憎燥怎造凿 遭藻 葬 遭蚤早 藻则则燥则 蚤灶 贼澡藻 糟葬造糟怎鄄 造葬贼藻凿 澡藻葬凿蚤灶早 葬灶凿 葬贼贼蚤贼怎凿藻 蚤枣 灶燥 葬糟贼蚤燥灶 憎葬泽 贼葬噪藻灶援悦燥皂皂燥灶 枣蚤造贼藻则蚤灶早 葬造早燥则蚤贼澡皂泽 蚤灶糟造怎凿藻凿 葬增藻则葬早藻 枣蚤造贼藻则蚤灶早熏噪葬造皂葬灶 枣蚤造贼藻则蚤灶早 葬灶凿 憎葬增藻造藻贼 枣蚤造贼藻则蚤灶早援粤增藻则葬早藻 枣蚤造贼藻则蚤灶早 遭藻澡葬增藻凿 遭葬凿 燥灶 枣蚤造贼藻则蚤灶早 藻枣枣藻糟贼熏藻泽责藻糟蚤葬造造赠 憎澡藻灶 贼澡藻 燥则蚤早蚤灶葬造 凿葬贼葬 枣造怎糟贼怎葬贼藻凿 葬 造燥贼援宰葬增藻造藻贼 枣蚤造鄄 贼藻则蚤灶早 蚤泽 灶燥贼 藻葬泽赠 贼燥 遭藻 葬责责造蚤糟葬遭造藻 遭藻糟葬怎泽藻 燥枣 蚤贼泽 糟燥皂责造藻曾蚤贼赠援
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指时间序列的各个序列值之间的关系袁 自相关程序可以由自相
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则噪 表示间隔 运 个序列的观测值之间的相关程度遥 灶 是总的
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偏自相关是指在给定 贼越员 到 贼越噪 共 噪 个时间序列值的情况
下袁贼越园 时刻的观测值和 贼越噪垣员 时刻的观测值的相关程度遥 偏自
相关程度可以用偏自相关系数 椎噪噪 来表示院
扇椎员员 越则员
设 噪原员
时间序列就是某一系统在不同时间的响应袁 这个定义从系 统运行的观点出发袁 时间序列是所研究系统的历史行为的客观 记录袁因而它包含了系统结构特征及其运行规律咱愿暂遥 通过大量采 集 酝耘酝杂 传感器的原始数据并进行分析袁 得知 酝耘酝杂 传感器 的随机误差与温度尧速度尧重力方向的角度等具有某种关系袁存 在一定规律袁 因此特别适合采用基于时间序列建模的方法来获 取随机误差的模型遥 时间序列具有随机性尧平稳性和季节性遥 根 据研究对象的性质袁 在建立时间序列模型前需要判断其是否满 足建模的条件遥 一般判断时间序列是否平稳的常用方法有自相