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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 被引量：8
1
作者 钟雨露 周翟和 +1 位作者 曾传伟 邹克臣 《电子测量技术》 2020年第1期41-45,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 数据融合 四元数卡尔曼滤波 MATLAB仿真 姿态测量系统
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基于自适应四元数卡尔曼滤波的姿态估计方法 被引量：5
2
作者 苏义鑫 朱敏达 +1 位作者 唐正霜 顾文磊 《武汉理工大学学报》 CAS 北大核心 2015年第7期95-100,共6页
使用四元数卡尔曼滤波器进行姿态估计的性能与加速度噪声协方差R有很大的相关性。以四元数卡尔曼滤波器递推计算的新息协方差与测量的新息协方差的差值尽可能小为条件,采用基于新息的自适应算法,在线估计加速度计噪声的协方差R,得到符... 使用四元数卡尔曼滤波器进行姿态估计的性能与加速度噪声协方差R有很大的相关性。以四元数卡尔曼滤波器递推计算的新息协方差与测量的新息协方差的差值尽可能小为条件,采用基于新息的自适应算法,在线估计加速度计噪声的协方差R,得到符合实际加速度噪声水平的卡尔曼滤波器增益K,对微小型飞行器进行姿态估计。为了减少由新息引入自适应计算的测量噪声,使用渐消记忆的方法对测量的新息协方差进行处理。仿真结果表明,基于新息的自适应四元数卡尔曼滤波器在加速度计噪声协方差R难以测量时或R变化时,相对于四元数卡尔曼滤波器能更准确地获得姿态的估计,减小了滤波器对模型参数的依赖,增加了滤波器的鲁棒性。 展开更多
关键词 姿态估计 四元数卡尔曼滤波 自适应估计算法 微小型飞行器 渐消记忆法
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QUKF算法及其在SINS初始对准中的应用 被引量：19
3
作者 周卫东 乔相伟 +1 位作者 任蕾 吉宇人 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期264-269,共6页
针对捷联惯导系统初始对准过程中的大失准角情况,建立了乘性四元数姿态误差方程。结合UKF算法,提出了基于四元数的UKF算法(QUKF)。以姿态矩阵为对象,通过构造姿态矩阵代价函数的方法来求取四元数的一步预测均值,保证了均值四元数的规范... 针对捷联惯导系统初始对准过程中的大失准角情况,建立了乘性四元数姿态误差方程。结合UKF算法,提出了基于四元数的UKF算法(QUKF)。以姿态矩阵为对象,通过构造姿态矩阵代价函数的方法来求取四元数的一步预测均值,保证了均值四元数的规范化;利用乘性误差四元数表示四元数Sigma点与均值四元数的距离,以求取四元数的预测协方差矩阵。四元数状态更新中,采用乘性四元数更新保证了滤波过程中四元数的规范化。基于该算法的SINS在粗对准水平失准角为小角度、方位失准角为大角度条件下的仿真实验结果表明,与常规EKF相比,纵、横摇角对准精度均略有提高,而航向角误差估计精度提高显著。 展开更多
关键词 捷联惯导系统 初始对准 四元数无迹卡尔曼滤波 乘性误差四元数
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GPS短时失效条件下SINS/GPS组合导航数据处理方法 被引量：6
4
作者 张梦得 胡柏青 +1 位作者 田佳玉 李开龙 《测绘科学技术学报》 北大核心 2019年第5期447-451,457,共6页
在SINS/GPS组合导航实际应用中GPS短时失效的情况难以避免,这会导致组合导航的效果下降。针对该问题,本文提出了基于偏最小二乘PLSR辅助高斯过程回归GPR的SINS/GPS组合导航的无味四元数估计器USQUE,以解决组合导航中的GPS短时失效问题... 在SINS/GPS组合导航实际应用中GPS短时失效的情况难以避免,这会导致组合导航的效果下降。针对该问题,本文提出了基于偏最小二乘PLSR辅助高斯过程回归GPR的SINS/GPS组合导航的无味四元数估计器USQUE,以解决组合导航中的GPS短时失效问题。该方法以PLSR估计的位置误差作为输入,以GPS提供的位置信息作为输出对GPR进行训练。在组合导航系统出现GPS短时失效后,使用通过PLSR辅助粒子群算法优化超参数的GPR直接对辅助导航设备的位置进行预测,作为USQUE算法的量测量,从而使得USQUE算法可以正常进行量测更新。在实验中,使用车载MEMS/GPS数据,将PLSR-GPR-USQUE,PLSR-USQUE与隔离量测量的USQUE算法组合导航的效果进行比较。实验结果表明,在GPS短时失效的情况下,PLSR-GPR-USQUE具有良好的估计精度。 展开更多
关键词 捷联惯导 组合导航 四元数无味卡尔曼滤波 偏最小二乘 高斯过程回归
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一种改进的自适应USQUE组合导航姿态估计方法 被引量：3
5
作者 吕旭 胡柏青 +2 位作者 徐大伟 李开龙 赵涛 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第15期6494-6500,共7页
针对传统四元数无味卡尔曼滤波(unscented quaternion Kalman filter,USQUE)算法的量测噪声统计未知及时变引起滤波发散精度降低等问题,提出一种变分贝叶斯自适应四元数无味卡尔曼滤波算法(variational Bayesian-based adaptive USQUE,V... 针对传统四元数无味卡尔曼滤波(unscented quaternion Kalman filter,USQUE)算法的量测噪声统计未知及时变引起滤波发散精度降低等问题,提出一种变分贝叶斯自适应四元数无味卡尔曼滤波算法(variational Bayesian-based adaptive USQUE,VB-AUSQUE)。通过变分贝叶斯高斯迭代近似估计,获取近似的量测噪声协方差矩阵滤波先验条件。仿真和舰载测试表明:在捷联式惯性导航系统/全球定位系统(strapdown inertial navigation system/global navigation satellite system,SINS/GNSS)组合导航系统中,VB-AUSQUE算法能有效减少系统量测噪声未知及时变问题对姿态估计精度的影响,相比常规算法具有更高的精度。 展开更多
关键词 捷联惯导 组合导航 四元数无味卡尔曼滤波 自适应
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辅助信息源短时失效下的捷联惯性基组合导航算法 被引量：2
6
作者 张梦得 李开龙 +1 位作者 胡柏青 吕旭 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期2008-2015,共8页
捷联惯性基组合导航中,辅助信息源短时失效会导致组合精度降低,对此提出高斯过程回归辅助捷联惯性基组合导航算法。该方法利用经过组合导航闭环校正的捷联惯性导航系统速度输出作为高斯过程回归的训练输入集,辅助信息源的速度输出作为... 捷联惯性基组合导航中,辅助信息源短时失效会导致组合精度降低,对此提出高斯过程回归辅助捷联惯性基组合导航算法。该方法利用经过组合导航闭环校正的捷联惯性导航系统速度输出作为高斯过程回归的训练输入集,辅助信息源的速度输出作为训练输出集,在未发生失效时对高斯过程回归进行训练,辅助信息源失效时利用高斯过程回归预测辅助信息源输出以实现组合滤波量测更新。在实测实验中,利用低精度微机电系统/全球定位系统组合车载数据,比较所提算法与传统算法在失效情况下姿态、位置和陀螺常值漂移估计效果。结果显示:在60 s的短时失效情况下,所提算法纵摇、横摇、位置估计效果提高90%左右,航向估计提高70.7%,东向、北向陀螺漂移估计分别提高10.3%,10.8%,证明所提算法可以有效地解决组合导航中辅助信息源短时失效问题。 展开更多
关键词 捷联惯性导航 组合导航 四元数无迹卡尔曼滤波 高斯过程回归
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基于STM32的四轴航拍飞行器 被引量：1
7
作者 刘伟超 徐刚 田浩元 《电子技术与软件工程》 2015年第17期106-106,共1页
四轴航拍飞行器最重要的问题就是飞行的稳定性,采用STM32的一款高性能芯片,融入了四元算法、卡尔曼滤波和经典的PID控制算法,使之能在气流扰动的情况下稳定飞行,从而拍出高质量画面。
关键词 四轴飞行器 STM32 航拍 四元数卡尔曼滤波
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