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捷联惯性导航系统的姿态算法优化设计 被引量:21
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作者 刘巧光 杨海军 +2 位作者 郭美凤 滕云鹤 章燕申 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 1999年第2期2-6,共5页
在圆锥运动条件下,具有相同时间间隔的两个角增量的叉乘对圆锥补偿的贡献相等。本文根据这一特点,设计了一种捷联惯导系统姿态算法,在圆锥补偿获得相同精度的情况下,它的计算量较少。同时,利用此特点,推导出利用前一圆锥补偿周期... 在圆锥运动条件下,具有相同时间间隔的两个角增量的叉乘对圆锥补偿的贡献相等。本文根据这一特点,设计了一种捷联惯导系统姿态算法,在圆锥补偿获得相同精度的情况下,它的计算量较少。同时,利用此特点,推导出利用前一圆锥补偿周期的角增量进行圆锥补偿的算法,提高了补偿精度。本文给出了仿真实验结果。本文为研制激光陀螺捷联惯导系统提供了一种高精度算法。 展开更多
关键词 捷联惯性导航系统 姿态算法 圆锥补偿算法
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基于STM32和MPU6050姿态解算的研究与实现 被引量:30
2
作者 李臣龙 强俊 《佳木斯大学学报(自然科学版)》 CAS 2017年第2期295-298,316,共5页
使用MPU6050内置的DMP,实现了载体的姿态解算,不仅简化代码设计,而且降低了MCU的负担,MCU不用进行姿态解算过程,从而有更多的时间去处理其他事件,提高系统实时性。通过设计的硬件平台,软件仿真了三轴陀螺仪、三轴加速度和欧拉角实时变化... 使用MPU6050内置的DMP,实现了载体的姿态解算,不仅简化代码设计,而且降低了MCU的负担,MCU不用进行姿态解算过程,从而有更多的时间去处理其他事件,提高系统实时性。通过设计的硬件平台,软件仿真了三轴陀螺仪、三轴加速度和欧拉角实时变化,结果表明,姿态解算稳定可靠。 展开更多
关键词 STM32 MPU6050 四元数 姿态解算
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基于MIMU和磁力计的姿态更新算法研究 被引量:28
3
作者 米刚 田增山 +2 位作者 金悦 李泽 周牧 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第1期43-48,共6页
针对传统人体姿态解算算法中存在MEMS陀螺误差发散快的问题,提出一种基于微惯性测量单元(MIMU)及磁力计信息融合的姿态解算算法。该算法利用互补滤波结合PI调节控制完成陀螺零偏校正,然后在加速度计和磁强计的辅助校正下,通过EKF(Expand... 针对传统人体姿态解算算法中存在MEMS陀螺误差发散快的问题,提出一种基于微惯性测量单元(MIMU)及磁力计信息融合的姿态解算算法。该算法利用互补滤波结合PI调节控制完成陀螺零偏校正,然后在加速度计和磁强计的辅助校正下,通过EKF(Expand Kalman Filter)滤波器更新四元数法实现陀螺姿态解算。本算法采用MPU9150传感器模块完成测试实验,实验中对比分析了单独扩展卡尔曼滤波算法与本算法的滤波效果。实验结果表明,本算法能够有效地抑制陀螺的发散,实现稳定地输出高精度姿态数据。 展开更多
关键词 传感器 姿态解算 陀螺校正 互补滤波 PI调节 EKF
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捷联惯导系统姿态解算模块的实现 被引量:24
4
作者 杜海龙 张荣辉 +3 位作者 刘平 郑喜凤 贾宏光 马海涛 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第10期1956-1962,共7页
提出了一种实现捷联惯性导航系统姿态解算模块的方法。基于DSP的硬件平台和四元数的数学平台,设计了捷联惯性导航系统的姿态解算模块。介绍了捷联惯性导航系统的工作原理和姿态解算的基本算法,并给出了四元数法的四阶龙格-库塔数值解法... 提出了一种实现捷联惯性导航系统姿态解算模块的方法。基于DSP的硬件平台和四元数的数学平台,设计了捷联惯性导航系统的姿态解算模块。介绍了捷联惯性导航系统的工作原理和姿态解算的基本算法,并给出了四元数法的四阶龙格-库塔数值解法。设计了姿态解算模块的硬件电路和软件实现程序。实验测试结果表明,在增量角<5°的情况下,用四阶龙格-库塔法进行姿态解算,误差<0.0053%;应用TMS320C6713B进行硬件电路设计,每次解算时间<36μs,能够满足捷联惯性导航系统对精度和速度的要求。 展开更多
关键词 捷联系统 惯性导航 姿态解算 四元数
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四阶龙格—库塔法在捷联惯导系统姿态解算中的应用 被引量:18
5
作者 张春慧 吴简彤 +1 位作者 何昆鹏 周雪梅 《应用科技》 CAS 2005年第6期37-39,共3页
捷联式惯导系统相对于平台式惯导系统姿态解算要复杂得多,捷联系统通过提取陀螺仪和加速度计的测量值实时进行姿态矩阵更新,从而获得载体的姿态信息。介绍了利用四阶龙格—库塔法解捷联姿态微分方程的方法,并以典型圆锥运动作为输入进... 捷联式惯导系统相对于平台式惯导系统姿态解算要复杂得多,捷联系统通过提取陀螺仪和加速度计的测量值实时进行姿态矩阵更新,从而获得载体的姿态信息。介绍了利用四阶龙格—库塔法解捷联姿态微分方程的方法,并以典型圆锥运动作为输入进行仿真分析,适当地改变圆锥运动参数,检验该姿态算法的准确性及精度.仿真结果表明,在圆锥运动环境下四阶龙格—库塔法的姿态解算的精度随着计算周期τ的减小而增大,随着锥运动参数α和ω的增大而减小。 展开更多
关键词 四阶龙格—库塔法 姿态解算 典型圆锥运动
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一种适合工程实用的捷联航姿算法 被引量:7
6
作者 杨艳娟 黄德鸣 张廷顺 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2001年第2期12-15,36,共5页
从工程实用的角度出发 ,针对惯性元件输出中存在干扰这一问题对四元数的三子样旋转矢量算法和四阶龙格—库塔法进行了分析和比较 ,指出四阶龙格—库塔法是一种具有工程实用价值的捷联航姿算法 ,并给出了在理想情况和有干扰的情况下算法... 从工程实用的角度出发 ,针对惯性元件输出中存在干扰这一问题对四元数的三子样旋转矢量算法和四阶龙格—库塔法进行了分析和比较 ,指出四阶龙格—库塔法是一种具有工程实用价值的捷联航姿算法 ,并给出了在理想情况和有干扰的情况下算法的仿真结果。 展开更多
关键词 旋转矢量 姿态算法 四元数 捷联式惯性导航系统 舰船
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基于惯性/磁力传感器与单目视觉融合的SLAM方法 被引量:19
7
作者 王泽华 梁冬泰 +2 位作者 梁丹 章家成 刘华杰 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2018年第6期933-941,共9页
针对单目视觉SLAM(同时定位与地图构建)算法没有尺度信息以及在相机移动过快时无法使用的问题,提出了一种IMU(惯性测量单元)/磁力传感器与单目视觉融合的SLAM方法.首先,提出了一种模糊自适应的九轴姿态融合算法,对IMU的航向角进行高精... 针对单目视觉SLAM(同时定位与地图构建)算法没有尺度信息以及在相机移动过快时无法使用的问题,提出了一种IMU(惯性测量单元)/磁力传感器与单目视觉融合的SLAM方法.首先,提出了一种模糊自适应的九轴姿态融合算法,对IMU的航向角进行高精度估计.然后,采用单目ORB-SLAM2(oriented FAST and rotated BRIEF SLAM2)算法,通过IMU估计其尺度因子,并对其输出的位姿信息进行尺度转换.最后,采用松耦合方式,对IMU估计的位姿和ORB-SLAM2算法经过尺度转换后的位姿,进行卡尔曼滤波融合.在公开数据集EuRoC上进行了测试,测试结果表明本文方法总的位置均方根误差为5.73 cm.为了进一步在实际环境中验证,设计了全向移动平台,以平台上激光雷达所测的位姿数据为基准,测试结果表明本文方法的旋转角度误差小于5?,总的位置均方根误差为9.76 cm. 展开更多
关键词 同时定位与地图构建 机器人 惯性测量单元 姿态解算 卡尔曼滤波 模糊自适应控制
原文传递
基于STM32的四旋翼飞行器的姿态最优估计研究 被引量:17
8
作者 何川 李智 王勇军 《电子技术应用》 北大核心 2015年第12期61-64,共4页
为了解决传感器自身累计误差和周围环境随机误差对姿态最优估计影响的问题,提出了一种基于STM32的姿态解算系统设计方案。该系统由低成本的航姿参考系统(AHRS)和STM32F405微处理器组成。采用四元数坐标换算,将陀螺仪、加速度计和磁罗盘... 为了解决传感器自身累计误差和周围环境随机误差对姿态最优估计影响的问题,提出了一种基于STM32的姿态解算系统设计方案。该系统由低成本的航姿参考系统(AHRS)和STM32F405微处理器组成。采用四元数坐标换算,将陀螺仪、加速度计和磁罗盘三者数据进行融合,姿态偏差采用双环PI控制器进行修正,并采用互补滤波算法解算出飞行器姿态信息。搭建了四旋翼飞行器半实物仿真平台,模拟飞行器空中悬停时姿态。实验结果表明,该系统较好地解决了噪声干扰与姿态最优估计问题,实现了长时间稳定地输出准确可靠的姿态数据的要求。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 姿态解算 四元数 互补滤波器 PI控制器
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光纤陀螺捷联姿态算法的改进研究 被引量:14
9
作者 魏小莹 林玉荣 邓正隆 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2005年第2期70-74,共5页
传统的捷联姿态算法一般只采用陀螺角增量信号来进行设计,当应用于由输出为角速率的干涉型光纤陀螺构成的捷联姿态系统时,不仅在精度上存在局限,而且还由于通过角速率提取角增量而带来更大误差。因此,同时利用角速率及角增量信号,优化... 传统的捷联姿态算法一般只采用陀螺角增量信号来进行设计,当应用于由输出为角速率的干涉型光纤陀螺构成的捷联姿态系统时,不仅在精度上存在局限,而且还由于通过角速率提取角增量而带来更大误差。因此,同时利用角速率及角增量信号,优化设计出一类新的旋转矢量姿态算法,给出了算法的圆锥误差表达式,并进行了仿真分析。结果表明,新的算法精度较传统算法有显著提高。 展开更多
关键词 捷联姿态算法 改进研究 干涉型光纤陀螺 角速率 姿态系统 旋转矢量 优化设计 圆锥误差 仿真分析 传统算法 算法精度 增量 表达式 信号
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捷联惯性导航系统姿态算法综述 被引量:11
10
作者 王德春 芮健 张杰 《战术导弹控制技术》 2009年第2期41-44,64,共5页
对欧拉角法、方向余弦法、三角函数法、Rodrigues参数法、四元数法和等效旋转矢量法等六种描述捷联惯性导航系统姿态的方法进行叙述和分析。主要探讨了基于四元数法和等效旋转矢量法的各类姿态更新算法.为进一步研究各类算法提供了一... 对欧拉角法、方向余弦法、三角函数法、Rodrigues参数法、四元数法和等效旋转矢量法等六种描述捷联惯性导航系统姿态的方法进行叙述和分析。主要探讨了基于四元数法和等效旋转矢量法的各类姿态更新算法.为进一步研究各类算法提供了一定的参考。 展开更多
关键词 捷联惯性导航系统 姿态算法 欧拉角法 方向余弦法 三角函数法 Rodrigues参数法 四元数法 等效旋转矢量法
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捷联惯导系统的圆锥误差补偿算法研究 被引量:11
11
作者 刘危 解旭辉 李圣怡 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第3期348-352,共5页
非互易向量的确定与补偿是影响高动态、恶劣振动环境下捷联惯性导航系统姿态矩阵计算的重要问题。为了补偿由此引起的圆锥误差 ,本文对一些传统算法进行了分析和研究。由于以往各种算法一般都需要输入信息为角度信息 ,但对于高动态、恶... 非互易向量的确定与补偿是影响高动态、恶劣振动环境下捷联惯性导航系统姿态矩阵计算的重要问题。为了补偿由此引起的圆锥误差 ,本文对一些传统算法进行了分析和研究。由于以往各种算法一般都需要输入信息为角度信息 ,但对于高动态、恶劣振动环境 ,角速度信息更有工程意义 ,所以针对输入信息为角速度的情形 ,提出了一类新的姿态算法 ,通过对比传统的算法 ,新算法在同样计算量、存储量的情况下有较优的性能 ,算法的精度较传统的算法高。另外 ,对新的姿态算法进行了误差分析 ,为其参数选择提供了选择标准 。 展开更多
关键词 捷联惯性导航系统 姿态算法 圆锥补偿算法
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EKF与互补融合滤波在姿态解算中的研究 被引量:14
12
作者 王见 马建林 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1187-1191,共5页
传统的信号滤波方法不能有效的融合多传感器测量数据,或者融合中失去过去信号状态信息。针对这一问题,提出了扩展卡尔曼滤波(Extended kalman filtering,EKF)与互补滤波融合的信号处理策略。借助STM32微处理器采集MPU9250惯性测量传感... 传统的信号滤波方法不能有效的融合多传感器测量数据,或者融合中失去过去信号状态信息。针对这一问题,提出了扩展卡尔曼滤波(Extended kalman filtering,EKF)与互补滤波融合的信号处理策略。借助STM32微处理器采集MPU9250惯性测量传感器的原始数据,运用多传感器信息融合的处理算法,比较了互补滤波姿态解算结果和对互补滤波过程中所得的四元数运用EKF矫正后进行姿态解算的结果,以及互补滤波解算的欧拉角运用EKF矫正后的姿态数据。通过实验中3种解算结果与理论值的对比,得出结论:采用互补滤波会存在一定超调量,且结果波动较大,存在较大的噪声,对互补滤波过程中的四元数进行EKF滤波虽能降低解算结果的噪声,但仍存在超调量。而应用EKF矫正互补滤波解算出的欧拉角能同时解决超调量和降低噪声误差,抑制了随机波动,起到了更好的解算效果。 展开更多
关键词 信号处理 惯性测量单元 扩展卡尔曼滤波EKF 互补滤波 姿态解算 欧拉角
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基于改进扩展卡尔曼滤波的姿态解算算法研究 被引量:14
13
作者 冯少江 徐泽宇 +1 位作者 石明全 王晓东 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2017年第9期227-229,249,共4页
为了解决标准扩展卡尔曼滤波器(EKF)在多旋翼无人机姿态解算中精度较低的问题,提出了一种改进扩展卡尔曼滤波算法(BPNN-EKF),使得解算精度得到较大提升。针对EKF存在预测模型参数要求具有先验已知性,在工程实践中难以获得准确的参数,以... 为了解决标准扩展卡尔曼滤波器(EKF)在多旋翼无人机姿态解算中精度较低的问题,提出了一种改进扩展卡尔曼滤波算法(BPNN-EKF),使得解算精度得到较大提升。针对EKF存在预测模型参数要求具有先验已知性,在工程实践中难以获得准确的参数,以及标准EKF对非线性系统采用线性化模型带来的误差等问题,利用神经网络的非线性映射能力和自适应能力对标准EKF的估计值进行补偿,减小模型以及滤波参数误差对最优估计值的影响,从而提高最优估计精度。仿真实验证明,BPNN-EKF对多旋翼无人机姿态解算精度的提升具有显著作用。 展开更多
关键词 扩展卡尔曼滤波器 姿态解算算法 非线性系统 BP神经网络
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地磁信息的旋转弹姿态算法研究 被引量:12
14
作者 施国兴 杨树兴 苏中 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2011年第5期33-35,38,共4页
针对小口径高转速旋转弹姿态测量问题,提出了一种利用纯地磁组合信息获取旋转弹姿态的算法。通过参考坐标系的关系构建姿态变换矩阵,建立姿态角的数学模型,并设计相应的纯地磁姿态算法,利用仿真软件得到三轴地磁信号来进行姿态解算。结... 针对小口径高转速旋转弹姿态测量问题,提出了一种利用纯地磁组合信息获取旋转弹姿态的算法。通过参考坐标系的关系构建姿态变换矩阵,建立姿态角的数学模型,并设计相应的纯地磁姿态算法,利用仿真软件得到三轴地磁信号来进行姿态解算。结果表明,本姿态算法可以实时解算较高长时精度的姿态角,可以为常规旋转弹药制导化提供姿态信息。 展开更多
关键词 地磁传感器 姿态角 旋转弹 姿态算法
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捷联惯导姿态算法中的圆锥误差与量化误差 被引量:12
15
作者 练军想 胡德文 +1 位作者 胡小平 吴文启 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期98-103,共6页
对捷联惯导系统的误差源进行了研究,利用几何方法分析了不可交换性误差和量化误差的形成机理,以及它们的相互影响。针对工程应用中激光陀螺输出脉冲采样量化条件,就多子样算法进行了讨论,并设计了基于MATLAB/Simulink的仿真。研究结果表... 对捷联惯导系统的误差源进行了研究,利用几何方法分析了不可交换性误差和量化误差的形成机理,以及它们的相互影响。针对工程应用中激光陀螺输出脉冲采样量化条件,就多子样算法进行了讨论,并设计了基于MATLAB/Simulink的仿真。研究结果表明,当考虑量化误差的影响时,选取适当的量化因子,三子样等效旋转矢量算法比其它算法具有更好的综合性能。 展开更多
关键词 捷联惯导 姿态算法 不可交换性误差 量化误差 多子样
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基于MEMS和卡尔曼滤波的姿态解算研究 被引量:13
16
作者 孙蔚蓝 钱莉 《自动化与仪器仪表》 2018年第1期1-3,共3页
根据MEMS陀螺仪、加速度计和磁力计可得到被控对象的两组姿态角,但因为噪声对传感器的数据造成了影响,导致了测量值与真实值存在较大的误差。针对这一问题,提出了卡尔曼滤波算法,该算法对传感器解算得到的两组姿态角进行融合,从而... 根据MEMS陀螺仪、加速度计和磁力计可得到被控对象的两组姿态角,但因为噪声对传感器的数据造成了影响,导致了测量值与真实值存在较大的误差。针对这一问题,提出了卡尔曼滤波算法,该算法对传感器解算得到的两组姿态角进行融合,从而得到高精度的姿态值。应用sTM32F103zET6芯片与MPU9250九轴传感器搭建实验平台,实验测试表明,与二级互补滤波、由传感器得到的两组姿态角相比,经过卡尔曼滤波算法处理之后的姿态角响应快,稳定性好,消除了MPU9250传感器受外界干扰而影响数据测量的问题。 展开更多
关键词 数据融合 MPU9250传感器 卡尔曼滤波 姿态解算
原文传递
一种角速率激光陀螺惯导系统高精度姿态算法 被引量:12
17
作者 曾庆化 刘建业 +1 位作者 熊智 赵伟 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第12期2159-2163,共5页
在分析圆锥误差补偿通式的基础上,提出了利用角速率求取角增量的拟合算法,并给出了该算法的数学证明.详细推导了基于纯角速率输入的圆锥误差补偿算法的补偿系数和误差主项通式,并从理论上对精度进行了分析.结合激光陀螺频谱特性的仿真... 在分析圆锥误差补偿通式的基础上,提出了利用角速率求取角增量的拟合算法,并给出了该算法的数学证明.详细推导了基于纯角速率输入的圆锥误差补偿算法的补偿系数和误差主项通式,并从理论上对精度进行了分析.结合激光陀螺频谱特性的仿真对比结果表明,纯角速率输入圆锥误差补偿算法优于常规的四阶龙格库塔算法,能够提高纯角速率输出的捷联惯性导航系统的姿态精度. 展开更多
关键词 航姿算法 旋转矢量 激光陀螺 误差分析
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圆锥误差补偿算法在三轴激光捷联惯导系统中的应用 被引量:11
18
作者 刘道静 李立新 +1 位作者 郑辛 纪志农 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2005年第5期1-5,共5页
圆锥误差是影响捷联惯导系统姿态算法精度的原理性误差,其对三轴激光捷联惯导系统精度的影响显著。对三轴机抖激光陀螺捷联惯导系统,除了弹体运动可能引入圆锥运动外,三轴机抖激光陀螺产生的机械抖动也会在惯导系统中引入圆锥运动。文... 圆锥误差是影响捷联惯导系统姿态算法精度的原理性误差,其对三轴激光捷联惯导系统精度的影响显著。对三轴机抖激光陀螺捷联惯导系统,除了弹体运动可能引入圆锥运动外,三轴机抖激光陀螺产生的机械抖动也会在惯导系统中引入圆锥运动。文中分析了两种圆锥运动在三轴激光捷联惯导系统中产生的机理,并给出了圆锥误差补偿算法在不同试验条件下的应用效果。 展开更多
关键词 捷联惯导系统 圆锥误差 姿态算法 激光陀螺
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捷联姿态计算中方向余弦与四元数法分析比较 被引量:12
19
作者 尹剑 陈红 +1 位作者 杨萌 黄皓 《四川兵工学报》 CAS 2015年第9期106-110,共5页
捷联惯性姿态计算中,传统观点认为,方向余弦法由于需要维护9个参数,而四元数法只需要4个参数,从而四元数法得到了广泛应有,成为经典算法。但是从捷联惯性导航与制导的整个过程看,方向余弦矩阵是必不可少的,而四元数却是中间变量。通过... 捷联惯性姿态计算中,传统观点认为,方向余弦法由于需要维护9个参数,而四元数法只需要4个参数,从而四元数法得到了广泛应有,成为经典算法。但是从捷联惯性导航与制导的整个过程看,方向余弦矩阵是必不可少的,而四元数却是中间变量。通过对方向余弦与四元数姿态算法进行深入分析比较,并对2种算法进行仿真表明:这2种算法精度相当,且方向余弦法具有容易使用、计算量小、编程方便等优点,因此完全可以替代四元数法。 展开更多
关键词 捷联惯性导航 姿态计算 方向余弦矩阵 四元数
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基于四元数的低成本姿态测量系统设计 被引量:11
20
作者 陈建翔 万子敬 王向军 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期706-710,共5页
针对运动载体姿态测量的需求,以MEMS惯性测量器件MPU6050为核心,设计了一种低成本姿态测量系统。系统采用四元数作为姿态解算的基础,融合陀螺仪和加速度计数据以修正陀螺仪累积误差引起的姿态漂移。为了降低MCU负担提高系统实时性,数据... 针对运动载体姿态测量的需求,以MEMS惯性测量器件MPU6050为核心,设计了一种低成本姿态测量系统。系统采用四元数作为姿态解算的基础,融合陀螺仪和加速度计数据以修正陀螺仪累积误差引起的姿态漂移。为了降低MCU负担提高系统实时性,数据融合采用运算量较小的梯度下降和互补滤波相结合的方法。实验结果表面:此测量系统实时性好,输出姿态角稳定,且成本低,具有一定的实用价值。 展开更多
关键词 MPU6050 梯度下降 互补滤波 姿态解算
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