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船用MEMS航姿测量系统算法研究与实现
| 论文题名： | 船用MEMS航姿测量系统算法研究与实现 |
| 关键词： | 姿态测量系统;姿态更新算法;运动条件;陀螺随机漂移;随机游走模型;仿真验证;修正的;四元数;姿态估计;卫星天线;精度;惯性器件;估计算法;时间序列分析法;有效性;向量;天线稳定系统;可行性;计算量;磁强计 |
| 摘要： | 基于MEMS惯性器件的低成本航姿测量系统在军事领域和民用领域的都具有广泛的应用前景。本文依托实验室有关低成本船用卫星天线姿态测量系统的在研项目，开展基于MEMS惯性器件、磁强计及GPS的组合航姿系统相关算法研究，并通过仿真验证了算法的可行性及有效性，为MEMS航姿测量系统在船载卫星天线稳定系统中的实际应用奠定了一定的基础。 （1）MEMS陀螺随机漂移是影响姿态解算精度的主要因素，针对其误差模型的未知性，本文利用时间序列分析法通过静态测试数据建立了陀螺随机漂移的ARMA模型，并将其应用于后续姿态估计算法比较中。 （2）在不使用GPS的情况下，根据船舶运动特点与系统工作要求，通过对多种姿态更新算法的理论分析与仿真比较，得出修正的Rodrigues参数法计算量明显比四元数法和旋转矢量法要小，计算精度与四元数相近，同时克服了四元数描述姿态时存在冗余带来的不足，为姿态更新算法选择提供依据。 （3）在前述研究的基础上，推导了以陀螺零偏和修正的Rodrigues参数为状态向量，以加速度计、磁强计输出为观测向量的EKF姿态估计模型，利用与其影子参数相互切换的方法解决了修正的Rodrigues参数在描述姿态时存在奇异的问题。通过全姿态以及摇摆运动条件下的仿真验证了算法的可行性及优越性。 （4）为检验ARMA模型的适用性，通过静止及摇摆运动条件的仿真得出，采用ARMA模型对姿态角和陀螺零偏的估计及补偿精度在静态条件下较随机游走模型高，但在摇摆运动条件下精度和计算量均不理想，而基于后者的MRP EKF估计算法更具普适性。在调整观测噪声方差阵的前提下，为进一步减小重力和地磁向量在受到干扰时的系统输出误差，引入GPS信息，开展了MEMS AHRS/GPS组合系统松耦合Kalman滤波算法的研究，仿真实验证实了方案的有效性。 |
| 作者： | 苑海静 |
| 专业： | 导航、制导与控制 |
| 导师： | 赵琳 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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