基于MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）陀螺儀、MEMS加速度計(jì)及電子磁強(qiáng)計(jì)的低成本AHRS（Attitude and Heading Reference System）系統(tǒng)是一種自主式載體姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有功耗低、體積小且成本低的優(yōu)點(diǎn),在小型飛行器、智能機(jī)器人及人體運(yùn)動(dòng)分析等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。航姿系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)機(jī)動(dòng)性較強(qiáng)的情況下會(huì)產(chǎn)生較大的運(yùn)動(dòng)加速度,從而影響加速度計(jì)的數(shù)據(jù)輸出,導(dǎo)致基于加速度的姿態(tài)解算產(chǎn)生誤差。此外,航姿系統(tǒng)在磁干擾較多的環(huán)境中進(jìn)行機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng),也會(huì)對(duì)磁強(qiáng)計(jì)產(chǎn)生磁干擾,導(dǎo)致基于磁強(qiáng)信息的姿態(tài)解算同樣會(huì)產(chǎn)生誤差。而上述因機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的誤差,將導(dǎo)致航姿系統(tǒng)輸出的姿態(tài)結(jié)果精度下降甚至無(wú)法使用。為解決載體機(jī)動(dòng)條件下的MEMS-AHRS航姿解算問題,課題主要研究工作如下:首先,結(jié)合加速度計(jì)、陀螺儀和電子磁強(qiáng)計(jì)的特點(diǎn),通過誤差分析建立了上述傳感器的誤差模型,完成了各傳感器的標(biāo)定工作。其次,針對(duì)載體在磁干擾較多的環(huán)境中進(jìn)行機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的情況,在研究現(xiàn)有姿態(tài)解算方案的基礎(chǔ)上,深入分析了帶有磁干擾的載體機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)對(duì)姿態(tài)測(cè)量的影響,設(shè)計(jì)了具有抗機(jī)動(dòng)擾... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校

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北京航空航天大學(xué)MEMS旋轉(zhuǎn)調(diào)制型航姿系統(tǒng)實(shí)物圖

7圖 1.3 浙江大學(xué) MEMS 旋轉(zhuǎn)調(diào)制型航姿系統(tǒng)實(shí)物圖限于電路集成技術(shù)以及 MEMS 技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)微慣性技術(shù)與國(guó)。目前對(duì) MEMS 慣性技術(shù)的研究多集中于算法研究或者原型樣機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)的成品較少。因此，我們應(yīng)該積極借鑒國(guó)外先進(jìn)的工程化經(jīng)驗(yàn)，在 MEM面迅速展開研究，快步向前追進(jìn)，趕超世界潮流。

：T f J f ， 為在梯度下降方向上更新的步長(zhǎng)，減號(hào)表示梯度下降方向?yàn)樨?fù)F 表示下降的梯度，即是負(fù)梯度搜索方向的單位方向向量。為使算法邏輯更加清晰、計(jì)算更加方便，本課題將af 矩陣和mf 矩陣合成一個(gè)矩陣多元向量損失函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，即是矩陣 f 的雅可比矩陣。矩陣 f 和J 可表示如下： amamff =fJJ =J(4應(yīng)用前文所述的梯度下降融合算法，即可以將 MEMS 陀螺儀、MEMS 加速度計(jì)磁強(qiáng)計(jì)輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)多傳感器進(jìn)行四元數(shù)更新的功能。最終再利用模型與姿態(tài)角度的轉(zhuǎn)換公式即可以得到實(shí)時(shí)的姿態(tài)角數(shù)據(jù)，完成姿態(tài)的解算。為驗(yàn)證所提出的姿態(tài)融合算法的解算效果，本課題將梯度下降姿態(tài)解算法與單獨(dú)速度更新姿態(tài)的算法進(jìn)行了對(duì)比，通過半物理仿真驗(yàn)證了融合算法的效果。結(jié)果多傳感器融合的姿態(tài)更新方案能有效抑制姿態(tài)的發(fā)散，得到更穩(wěn)定的姿態(tài)結(jié)果角 為例，其半物理仿真結(jié)果圖如下。20姿姿姿姿傳傳 角角傳角傳姿姿


本文編號(hào)：3498126