航姿参考系统AHRS

高精度航姿参考系统AHRS

3DT-1000

3DT-1000是一款高性能的小型航姿参考系统，可用于动静态环境下对载体的横滚角、俯仰角和航向角进行高精度测量。高精度360 度全方位位置姿态输出，高效的数据融合算法快速动态响应与长时间稳定性（无漂移，无积累误差）相结合。

1、传感器建模

3DT-1000是一款高性能的小型航姿参考系统，可用于动静态环境下对载体的横滚角、俯仰角和航向角进行高精度测量。

基于三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计，3DT-1000采用自适应kalman数据融合算法，可实时输出载体的惯性运动信息（三轴角速度、三轴加速度）、最优姿态角（横滚角、俯仰角和航向角）等参数，并且，通过对传感器的安装误差、轴间正交误差和温度误差进行补偿，极大地提高了3DT-1000的测量精度。

2、传感器的数据融合算法

基于对陀螺仪、加速度计和磁力计的性能分析，3DT-1000以积分角速度的姿态角作为状态量、以重力加速度和地球磁场获得姿态角作为观测量、以载体运动状态信息建立增益调整因子，设计了基于四元数的自适应kalman滤波数据融合算法，获得载体在各个状态（静态和动态）下的最优姿态角，从而实现姿态和航向信息的快速动态和长时间稳定性（无漂移、无累计误差）相结合的效果。

为了获得高精度的载体姿态角，3DT-1000在进行传感器数据融合算法之前，对三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计进行了标定以及温度漂移等误差补偿。

默认情况下，3DT-1000以50Hz的输出频率，连续输出传感器信息，波特率默认为115200。提供的硬件接口为UART232。

3、软硬件设计

自主AHRS系统3DT-1000 荷兰VTi

4、传感器标定

1）俯仰角和横滚角的误差都会影响航向角精度，所以必须进行磁场倾斜补偿；必须提

高姿态角的精度，例如抗震性能；

俯仰角误差造成的航向角误差

2）载体和周围环境的磁场都会影响航向角精度，所以必须进行磁场软硬体补偿；在产品应用过程中，周围肯定或多或少存在磁场干扰，如铁块等硬体；

在应对这些干扰的情况，我们采用了磁场倾斜补偿和软硬体补偿：

提出全新磁场倾斜补偿模型，该模型考虑了俯仰角和横滚角对磁场影响，实现全方位的

磁场补偿；

提出全新磁场软硬体补偿算法，构建虚拟Z轴，两维磁场补偿达到三维磁场补偿效果，适合车载系统；

5、姿态角性能

首先我们以数据的形式给出产品3DT-1000的姿态角性能参数

抗线性加速度

抗线性加速度

静态

阶跃

下面我们给出AHRS 的3DT-1000的卓越的详细性能参数：

参数

指标

单位 姿态角

测量范围:俯仰角/横滚角 90±/180±

度 静态精度 0.4 度 动态精度 1.5

[1]

(RMS)度 分辨率 0.1 度 重复度 0.2 度 输出速率 100（MAX ）

Hz 航向角 测量范围 180±

度 静态精度 0.5[2] 度 动态精度 1.5

[1]

(RMS)度 分辨率 0.1 度 重复度 0.2 度 输出速率 100（MAX ）

Hz

5应用：

机器人

虚拟现实

云台姿态稳定

随钻姿态测量

车辆姿态监控

其他姿态航向测量领域