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基于STM32的无人机姿态测量系统设计 被引量：31
1
作者 刘辉邦 褚金奎 +1 位作者 支炜 李晓雨 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2013年第8期108-110,共3页
设计一种基于STM32的无人机姿态测量系统。该系统以新型的ARM Cortex—M3内核微处理器STM32F103ZET6作为处理单元,结合MEMS数字陀螺仪和MEMS数字加速度计设计而成,采用一种简单有效的互补滤波算法进行姿态解算,有效地提高了姿态测量的... 设计一种基于STM32的无人机姿态测量系统。该系统以新型的ARM Cortex—M3内核微处理器STM32F103ZET6作为处理单元,结合MEMS数字陀螺仪和MEMS数字加速度计设计而成,采用一种简单有效的互补滤波算法进行姿态解算,有效地提高了姿态测量的精度。实验测试表明:该姿态测量系统简单实用,性能稳定,精度高,能够满足一般无人机姿态测量的要求。 展开更多
关键词 STM32 姿态测量系统 姿态解算 互补滤波
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基于Mahony-EKF的无人机姿态解算算法 被引量：28
2
作者 储开斌 赵爽 冯成涛 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2020年第12期12-18,共7页
针对微惯性测量单元精度低和传统姿态解算方法误差较大,提出一种Mahony和扩展卡尔曼滤波(EKF)融合的姿态解算算法。首先通过Mahony滤波器融合陀螺仪、加速度计和磁力计数据,解算得到初步姿态四元数。再以Mahony滤波器的姿态四元数作为EK... 针对微惯性测量单元精度低和传统姿态解算方法误差较大,提出一种Mahony和扩展卡尔曼滤波(EKF)融合的姿态解算算法。首先通过Mahony滤波器融合陀螺仪、加速度计和磁力计数据,解算得到初步姿态四元数。再以Mahony滤波器的姿态四元数作为EKF的量测值,根据非重力加速度的大小,自适应正相关调节量测噪声协方差矩阵;根据陀螺仪测量的角速度信息建立EKF状态方程。最终经过EKF滤波后,获取无人机姿态的估计。经过仿真实验验证,融合算法解算静态姿态角误差小于0.1°,解算动态姿态角误差小于1°,均优于互补滤波算法和改进EKF算法。融合算法能有效抑制陀螺仪漂移误差,滤除加速度计测量值混有的高频噪声和抑制非重力加速度的干扰,提高姿态解算精度。 展开更多
关键词 无人机 卡尔曼滤波 Mahony滤波器 姿态解算 数据融合 惯性测量单元
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基于MPU6050的四轴硬件姿态解算研究 被引量：24
3
作者 陈国定 周鹏豪 +2 位作者 胡朕豪 汤粤生 秦志飞 《机电工程》 CAS 北大核心 2018年第1期95-100,共6页
针对四轴飞行器姿态信息的实时准确获取问题,对四轴飞行器的姿态解算方面进行了研究。在分析姿态表示的四元数法和欧拉角法基础上,以成熟的Mahony互补滤波算法为例比较了软件姿态解算和基于MPU6050数字运动处理器(DMP)的硬件姿态解算的... 针对四轴飞行器姿态信息的实时准确获取问题,对四轴飞行器的姿态解算方面进行了研究。在分析姿态表示的四元数法和欧拉角法基础上,以成熟的Mahony互补滤波算法为例比较了软件姿态解算和基于MPU6050数字运动处理器(DMP)的硬件姿态解算的实现流程,并对两种解算方法的解算时间和对姿态变化的跟踪性能进行了实验测试。研究结果表明:硬件姿态解算能实时准确地获取小型四轴飞行器的各项姿态信息,可以满足小型四轴飞行器的姿态控制要求。 展开更多
关键词 四元数 姿态解算 互补滤波 MPU6050 DMP
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海洋潜标系统的静力分析和姿态计算 被引量：21
4
作者 王明午 《海洋技术》 北大核心 2001年第4期41-47,共7页
本文介绍了 40 0 m和 40 0 0 m海洋潜标系统的静力分析和姿态计算方法 。
关键词 静力分析 姿态计算 海洋潜标系统 海流剖面 倾角
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基于多点合作目标的多线阵CCD空间物体姿态测量 被引量：18
5
作者 李晶 袁峰 胡英辉 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期1635-1641,共7页
为了精确测量悬浮试验场内姿态快速变换的空间物体的姿态角参数,提出了一种采用3个线阵CCD相机同时测量多个点合作目标的姿态测量方法,以解决传统的线阵CCD姿态测量系统中相机位置间的约束条件过多造成的非线性系统误差及校准参数多的... 为了精确测量悬浮试验场内姿态快速变换的空间物体的姿态角参数,提出了一种采用3个线阵CCD相机同时测量多个点合作目标的姿态测量方法,以解决传统的线阵CCD姿态测量系统中相机位置间的约束条件过多造成的非线性系统误差及校准参数多的问题。该方法采用柱面透镜和线阵CCD组成的3个一维相机,对被测物体上的多个点合作目标同时进行测量;并针对测量原理对姿态角限制的问题,采用模拟计算的方法进行姿态角测量范围的计算。由神经网络校准线阵CCD相机,直接给出点合作目标的空间三维坐标,并通过建立基于Rodrigues参数姿态解算模型求解被测物体的姿态角。实验结果表明,本文方法得到的空间点位置测量精度及空间姿态解算精度高于原线阵CCD姿态测量方法,验证了该姿态测量方法进行姿态测量的可行性和有效性。 展开更多
关键词 姿态测量 线阵CCD 姿态解算 相机校准
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AHRS航姿解算中的两种滤波方法的比较研究 被引量：18
6
作者 丁君 赵忠华 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2013年第9期60-65,共6页
关于飞行姿态角优化问题,由于加速度计的测量值中同时包含了重力加速度和运动加速度信息,并且磁传感器易受铁磁性物质干扰,直接利用加速度计的测量值计算横滚角和俯仰角易产生较大误差,进而在利用磁传感器的测量值计算航向角时也将会引... 关于飞行姿态角优化问题,由于加速度计的测量值中同时包含了重力加速度和运动加速度信息,并且磁传感器易受铁磁性物质干扰,直接利用加速度计的测量值计算横滚角和俯仰角易产生较大误差,进而在利用磁传感器的测量值计算航向角时也将会引入了误差。为了减小加速度计和磁传感器的姿态解算算法所解算的姿态角误差,提出利用陀螺仪的输出,分别设计了互补滤波器和卡尔曼滤波器(Kalman Filter)对加速度计和磁传感器的输出进行处理,采用VN-100的微惯性测量单元(Micro Inertial Measurement Unit,MIMU)的数据进行MATLAB仿真,并对两种滤波器的滤波效果进行了比较。实验结果表明,互补滤波和Kalman滤波均能提高该算法的姿态角精度,并且互补滤波器比Kalman滤波器效率更高,性能更好。 展开更多
关键词 微惯性测量单元 姿态解算 卡尔曼滤波器 互补滤波器
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基于航位推测的刮板输送机形态检测研究 被引量：12
7
作者 王超 李威 +2 位作者 杨海 司卓印 张金尧 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期2173-2180,共8页
针对煤矿综采工作面自动化中刮板输送机直线度检测困难及测量精度不高的问题,利用捷联惯导提出了一种基于中部槽结构尺寸航位推测的刮板输送机形态检测新方法。首先,选择Rodrigues参数法进行惯导姿态解算,其次采用加速度传感器测量采煤... 针对煤矿综采工作面自动化中刮板输送机直线度检测困难及测量精度不高的问题,利用捷联惯导提出了一种基于中部槽结构尺寸航位推测的刮板输送机形态检测新方法。首先,选择Rodrigues参数法进行惯导姿态解算,其次采用加速度传感器测量采煤机经过刮板输送机连接间隙时产生的振动信号,建立了Butterworth滤波下的刮板输送机节数检测模型,最后在考虑刮板输送机连接间隙的情况下构建刮板输送机形态检测模型。利用采煤机和轨道模型在水平、竖直面分别搭建实验平台,实验结果表明,刮板输送机形态的跟踪误差小于14mm。该形态检测方法为刮板输送机形态的检测提供了一种新思路,并为综采工作面自动校直的实现提供了一定的理论支持。 展开更多
关键词 刮板输送机 形态检测 航位推测 捷联惯性导航 姿态解算
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基于加速度修正模型的无人机姿态解算算法 被引量：12
8
作者 刘旭航 刘小雄 +1 位作者 章卫国 杨跃 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期175-181,共7页
为提升动态环境下无人机导航系统姿态输出的精度,提出一种基于加速度修正模型的无人机姿态解算算法。建立加速度修正模型,求取估计非重力加速度和外部非重力加速度对加速度计输出值进行修正,减弱动态环境下非重力加速度对姿态解算的影响... 为提升动态环境下无人机导航系统姿态输出的精度,提出一种基于加速度修正模型的无人机姿态解算算法。建立加速度修正模型,求取估计非重力加速度和外部非重力加速度对加速度计输出值进行修正,减弱动态环境下非重力加速度对姿态解算的影响;搭建基于卡尔曼滤波的姿态解算模型,将修正加速度和磁力计解算的姿态角作为滤波模型的量测量,设计基于加速度修正模型姿态解算算法。实验结果表明,该算法可以减弱非重力加速度对姿态解算的干扰,避免无人机导航系统在动态环境中输出姿态角发散的问题,提升动态环境下无人机导航系统姿态输出的精度和抗干扰能力。 展开更多
关键词 无人机 姿态解算 加速度计 卡尔曼滤波
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基于互补滤波和粒子滤波融合的球形机器人姿态解算 被引量：12
9
作者 余晨雨 章政 +2 位作者 黄卫华 李宇峰 郭庆瑞 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2021年第3期340-349,共10页
针对球形机器人在运动控制中难以实时、准确地获取机器人的位置和姿态估计精度的问题,提出了一种基于互补滤波和粒子滤波相融合的姿态解算算法.为了避免使用磁力计数据参与四元数计算时俯仰角和横滚角误差较大的问题,使用陀螺仪和磁力... 针对球形机器人在运动控制中难以实时、准确地获取机器人的位置和姿态估计精度的问题,提出了一种基于互补滤波和粒子滤波相融合的姿态解算算法.为了避免使用磁力计数据参与四元数计算时俯仰角和横滚角误差较大的问题,使用陀螺仪和磁力计互补滤波算法单独对球形机器人的偏航角进行解算,同时,通过信息熵评估磁力计噪声大小,动态调整磁力计在互补滤波中的权值.实验结果表明,在外部磁场干扰实验中,偏航角误差在3°以内,在球形机器人动态和静态实验中,偏航角误差在0.3°左右,俯仰角和横滚角误差能够控制在0.1°之内.因此,该算法能够保证球形机器人姿态解算的实时性,增强准确性和和抗干扰能力,有效提高球形机器人运动控制的精度. 展开更多
关键词 球形机器人 姿态解算 互补滤波 粒子滤波 信息熵
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基于四元数的四旋翼飞行器姿态解算研究 被引量：11
10
作者 盛广润 高国伟 张伯源 《现代电子技术》 北大核心 2020年第14期8-12,16,共6页
四旋翼飞行器的飞行控制效果取决于姿态信息获取的准确性,所以姿态解算是飞行器研究的关键技术。针对目前飞行器高动态特性和复杂环境下的姿态解算误差较大的问题,提出一种基于四元数的二阶互补滤波算法,通过增加一个PI反馈控制环节,能... 四旋翼飞行器的飞行控制效果取决于姿态信息获取的准确性,所以姿态解算是飞行器研究的关键技术。针对目前飞行器高动态特性和复杂环境下的姿态解算误差较大的问题,提出一种基于四元数的二阶互补滤波算法,通过增加一个PI反馈控制环节,能更好地利用多传感器进行姿态融合,使经典互补滤波算法中的低通阻带衰减速度过慢、陀螺仪漂移等问题得以改善。同时文中自主设计了IMU系统,完成数据采集和姿态解算算法的实现,分别进行三轴转台实验,改进后姿态解算的结果表明,无论是在静态还是动态环境下,俯仰、横滚角的误差小于0.5°,验证了该算法的可行性。 展开更多
关键词 姿态解算 四旋翼飞行器 四元数 互补滤波 姿态融合 IMU系统设计
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基于变步长动量梯度下降法的姿态解算算法 被引量：11
11
作者 张帅华 郑芳 +1 位作者 李霞 王丙元 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2020年第9期66-70,111,共6页
针对基于MEMS的姿态测量系统因为存在误差而导致姿态解算漂移的问题,提出一种基于变步长动量梯度下降的姿态解算算法。该算法从传感器数据去噪和姿态解算两部分提高姿态解算精度。在传感器数据去噪方面,为了工程实用,降低微处理器计算量... 针对基于MEMS的姿态测量系统因为存在误差而导致姿态解算漂移的问题,提出一种基于变步长动量梯度下降的姿态解算算法。该算法从传感器数据去噪和姿态解算两部分提高姿态解算精度。在传感器数据去噪方面,为了工程实用,降低微处理器计算量,提出一种改进递推限幅均值滤波算法;在姿态解算方面,在梯度下降法的基础上设计自适应步长,使用动量梯度优化每次迭代方向,使得每次迭代后误差最小,同时使用动态限幅滤波抑制角度振荡。静态和动态实验结果均表明了所提算法的有效性和优越性。 展开更多
关键词 姿态解算 动量梯度下降法 变步长 改进递推均值滤波 动态限幅滤波 四元数
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改进型自适应互补滤波MEMS-IMU姿态解算实现 被引量：11
12
作者 魏韡 宋晓东 王刚 《电子测量技术》 2020年第24期81-86,共6页
针对弹载MEMS-IMU姿态解算的准确性和实时性的需求,利用MEMS惯性测量单元构成的姿态测量实时系统,基于四元数法的姿态解算方法,提出了一种适应FPGA平台的MEMS-IMU姿态三级流水线解算工程实现架构,优化了系统姿态解算模型,并在互补滤波... 针对弹载MEMS-IMU姿态解算的准确性和实时性的需求,利用MEMS惯性测量单元构成的姿态测量实时系统,基于四元数法的姿态解算方法,提出了一种适应FPGA平台的MEMS-IMU姿态三级流水线解算工程实现架构,优化了系统姿态解算模型,并在互补滤波器的基础上设计了一种改进型自适应互补滤波法。通过仿真实验比对,相对于互补滤波算法,改进的自适应互补滤波器可以更有效地减小载体姿态角误差,三级流水线算法结构与传统结构相比姿态解算的速度提升14%,较好地兼顾了弹载姿态量测系统的准确性和实时性两方面需求。 展开更多
关键词 MEMS-IMU FPGA 姿态解算 四元数 自适应互补滤波
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潜标系统静态力学分析计算及其应用程序开发 被引量：10
13
作者 刘愉强 盛岩峰 +1 位作者 王俊勤 何红辉 《海洋技术》 北大核心 2010年第3期34-37,共4页
通过对单点系留式的潜标系统静力学分析和姿态计算,研究开发了一个不同水深、海流等环境下的计算分析潜标系统姿态的程序,然后对潜标系统进行求解,获得更加合理的锚系结构,达到锚系在工作水深的最佳姿态,确保了潜标系统工作安全,从而获... 通过对单点系留式的潜标系统静力学分析和姿态计算,研究开发了一个不同水深、海流等环境下的计算分析潜标系统姿态的程序,然后对潜标系统进行求解,获得更加合理的锚系结构,达到锚系在工作水深的最佳姿态,确保了潜标系统工作安全,从而获得更加准确的数据情况。 展开更多
关键词 潜标 静力学分析 姿态计算
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一种实用的四旋翼飞行器姿态融合算法研究 被引量：10
14
作者 卢艳军 陈雨荻 +2 位作者 张太宁 李元龙 赵为平 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2020年第8期84-89,共6页
在磁干扰环境下进行四旋翼飞行器姿态解算会影响姿态解算精度。为了减小磁干扰对俯仰角和滚转角的影响,提出基于扩展卡尔曼滤波(EKF)进行解算的改进方法。首先,基于EKF将加速度计的测量值作为观测量解算俯仰角和滚转角;然后,将加速度计... 在磁干扰环境下进行四旋翼飞行器姿态解算会影响姿态解算精度。为了减小磁干扰对俯仰角和滚转角的影响,提出基于扩展卡尔曼滤波(EKF)进行解算的改进方法。首先,基于EKF将加速度计的测量值作为观测量解算俯仰角和滚转角;然后,将加速度计和磁力计的测量值同时作为观测量,再次应用EKF解算偏航角,并在第二次EKF解算过程中加入可调节测量方差矩阵,自适应改变卡尔曼增益,调节观测量对状态预测的修正,减小磁干扰对偏航角的影响;最后,基于自主研发的飞控系统对该算法进行验证。验证结果表明:该算法能提高四旋翼飞行器在磁干扰环境下的姿态解算精度,增强四旋翼飞行器姿态融合算法的抗磁干扰性能。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 姿态解算 EKF算法 磁干扰
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四旋翼飞行器串级PID控制设计与实现 被引量：10
15
作者 靳亚磊 李虹 李昕涛 《太原科技大学学报》 2018年第3期177-183,共7页
针对四旋翼飞行器姿态与高度控制问题进行了分析,设计了串级PID姿态和高度控制器。以功能强大的STM32F407芯片作处理器,由MPU6050测量模块、磁力计、气压计和超声波模块进行姿态角度的检测与高度测量,结合四元数姿态表示方法,以多种传... 针对四旋翼飞行器姿态与高度控制问题进行了分析,设计了串级PID姿态和高度控制器。以功能强大的STM32F407芯片作处理器,由MPU6050测量模块、磁力计、气压计和超声波模块进行姿态角度的检测与高度测量,结合四元数姿态表示方法,以多种传感器数据进行姿态解算,提高了测量精度;姿态与高度控制都使用串级控制算法,由于增加了内环角速度和高度速度的控制,提高了系统的抗干扰能力。最后根据MATLAB仿真对比实验和飞行实验平台验证,结果表明,所设计的控制器不仅提高了系统的抗干扰能力而且提高了系统的控制精度,具有较好的飞行控制效果。 展开更多
关键词 四旋翼 串级PID 四元数 姿态解算
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基于Elman神经网络的SINS姿态解算算法研究 被引量：9
16
作者 严甲汉 郭承军 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2018年第6期1-5,共5页
载体的姿态解算算法是惯性导航系统精确导航的核心技术之一。惯性测量单元(IMU)噪声大、误差会累积,传统的姿态解算算法精度不高、环境适应性能力差。Elman神经网络具有很强的非线性处理能力,其包含的承接层可以存储以前隐含层的信息,... 载体的姿态解算算法是惯性导航系统精确导航的核心技术之一。惯性测量单元(IMU)噪声大、误差会累积,传统的姿态解算算法精度不高、环境适应性能力差。Elman神经网络具有很强的非线性处理能力,其包含的承接层可以存储以前隐含层的信息,能够在连续信号中进行预测。针对以上问题,分析了欧拉角法、方向余弦法和四元数法的优缺点,提出了Elman神经网络辅助的姿态解算算法,在传统的AHRS算法中加入了Elman神经网络的辅助。通过对实测数据的仿真实验表明,该方法有效地提高了姿态解算算法的环境自适应性和降低了解算误差。 展开更多
关键词 姿态解算 ELMAN 自适应性
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四轴无人机姿态测量及三维模型显示系统设计 被引量：9
17
作者 洪涛 梁晓瑜 +1 位作者 马榕 胡斌 《中国测试》 CAS 北大核心 2020年第4期109-115,共7页
四轴无人机在空中受人为或环境中不定因素的影响,姿态发生变化。操作员如不能正确判断,在遥控上产生的失误会造成无人机损坏甚至人员伤害。针对这类问题,设计一套基于STM32的四轴无人机姿态测量和三维模型显示系统。系统以ARM Cortex-M... 四轴无人机在空中受人为或环境中不定因素的影响,姿态发生变化。操作员如不能正确判断,在遥控上产生的失误会造成无人机损坏甚至人员伤害。针对这类问题,设计一套基于STM32的四轴无人机姿态测量和三维模型显示系统。系统以ARM Cortex-M3核的STM32为主控制器,读取运动处理器件MPU6050和磁力计HMC5883L组合成9轴传感器的输出并通过四元数姿态解算得到无人机的姿态角,经过CC1101芯片将姿态角数据发送给地面接收端。LabVIEW通过串口接收数据并完成对数据的分析与处理,实现四轴无人机三维图像实时显示。结果表明,姿态解算稳定可靠,系统结构简单,成本低,可移植性强,具有一定的实用性。 展开更多
关键词 无人机 运动处理组件 姿态解算 无线传输 LABVIEW
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基于MEMS/GPS/地磁组合的弹体姿态解算 被引量：9
18
作者 杨梦雨 管雪元 李文胜 《电子测量技术》 2017年第4期60-63,共4页
MEMS惯性器件由于具有自主性、连续性和隐蔽性等优点被广泛运用于载体的姿态解算中,但由于MEMS惯性器件的制作精度和误差积累等问题使得解算出的姿态信息并不准确。同时由于地磁传感器可以实现高精度的姿态测量,但不能独立解算出姿态信... MEMS惯性器件由于具有自主性、连续性和隐蔽性等优点被广泛运用于载体的姿态解算中,但由于MEMS惯性器件的制作精度和误差积累等问题使得解算出的姿态信息并不准确。同时由于地磁传感器可以实现高精度的姿态测量,但不能独立解算出姿态信息。因此为了提高惯导姿态解算的精度,所以采用GPS、地磁辅助惯导进行姿态解算。设计的方案是在传统惯导姿态解算误差状态方程的基础上,将地磁和GPS解算的滚转、偏航和俯仰角与惯导解算出来的相应角的差值添加到传统惯导姿态解算误差状态方程中,以速度误差和滚转、偏航和俯仰角误差为量测值,估计出组合系统的姿态误差,并与惯导解算出的姿态误差进行对比,从而验证所提出的方法的可行性。 展开更多
关键词 MEMS GPS 地磁 姿态解算
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陀螺测斜仪小角度井斜角测量的姿态提取方法 被引量：8
19
作者 龙达峰 刘俊 张晓明 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第6期883-886,共4页
针对陀螺测斜仪系统在小角度井斜角测量时存在测量精度低的问题,对其产生机理和形成原因作了详细分析,并推导了新的小角度井斜角测量的姿态提取方法。搭建基于高精度动调陀螺的随钻测斜仪产品原理样机,并利用高精度三轴转台反复多次模... 针对陀螺测斜仪系统在小角度井斜角测量时存在测量精度低的问题,对其产生机理和形成原因作了详细分析,并推导了新的小角度井斜角测量的姿态提取方法。搭建基于高精度动调陀螺的随钻测斜仪产品原理样机,并利用高精度三轴转台反复多次模拟实际钻井施工中随钻测井过程,结果表明该方法可有效的提高陀螺测斜仪小角度井斜角随钻测量的解算精度。 展开更多
关键词 陀螺测斜仪 小井斜角 姿态解算 姿态误差
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微型姿态解算系统的抗磁干扰算法研究 被引量：7
20
作者 董超 钱峰 《电子测量技术》 2011年第1期59-62,共4页
基于MARG传感器的EKF算法可以有效地抑制MEMS陀螺精度低及陀螺漂移较大等缺陷,为MEMS陀螺的广泛应用提供了有效途径。然而MARG传感器中的磁强计容易受到外界磁场干扰,从而对融合结果产生不利影响。基于MARG传感器组成的微型姿态解算系统... 基于MARG传感器的EKF算法可以有效地抑制MEMS陀螺精度低及陀螺漂移较大等缺陷,为MEMS陀螺的广泛应用提供了有效途径。然而MARG传感器中的磁强计容易受到外界磁场干扰,从而对融合结果产生不利影响。基于MARG传感器组成的微型姿态解算系统,提出了一种消除外界磁场干扰的抗磁干扰算法,有效地对存在磁场干扰时的姿态解算融合结果进行了优化。 展开更多
关键词 姿态解算 扩展卡尔曼滤波 磁强计 抗磁干扰
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