基于IEKF的四旋翼无人机姿态测量方法研究

《基于IEKF的四旋翼无人机姿态测量方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第32卷第04期计算机仿真2015年04月文章编号：1006—9348(2015)04—0056—05基于IEKF的四旋翼无人机姿态测量方法研究贺海鹏，阎妍，马良，杨万扣(东南大学自动化学院，江苏南京210096)摘要：研究四旋翼无人机在实时飞行时姿态测量的问题。由于四旋翼无人机多采用陀螺仪、加速度计、地磁计(MEMS)传感器测量各姿态，测量值存在偏差，无法直接使用。为解决利用不准确的传感器测量信息获得精确姿态角度的难点，并为了克服常规的扩展卡尔曼算法(EKF)带来的较大滤波偏差，以及四元素法表述复杂等困难，采用了一种改进的迭代EKF(IEKF)算法，利用欧

2、拉角的描述方法，融合MEMS的信息对四旋翼无人机的姿态角度进行测量。实验结果表明，改进方法能准确测量出姿态角，且通过与常规EKF测量效果的比对可以看出，IEKF在测量精度上确有较明显的改善。表明改进方法是有效的，为四旋翼无人机实时调整姿态提供了一种科学手段。关键词：四旋翼无人机；姿态测量；扩展卡尔曼滤波；迭代扩展卡尔曼滤波中图分类号：TP310．6文献标识码：BIteratedExtendedKalmanFiltersAppliedtoAttitudeMeasurementofQuadrotorHEHai—peng，YANYan，MALiang，YANGWa

3、n—kou(CollegeofAutomation，SoutheastUniversity，NanjingJiangsu210096，China)ABSTRACT：ThispapermainlystudiestheattitudemeasurementofquadrotorUAVduringreal—timeflight．Low—costquadrotorUAVmainlyusesgyros，aecelerometerandmagnetometer(MEMS)tomeasureeachattitude，butthemeasuredvaluecontainse

4、rrors，andcannotbeuseddirectly，itbecomesadifficultyofstudythathowtoobtainaccu．rateattitudeanglefromdatawithnoises．InordertoovercomethelargererrorcausedbytheconventionalExtendedKalmanFilters，andcomplexexpressionsmadebythefour—elementmethod，thispaperusedamodifiediterativeEKF(IEKF)algo

5、rithm，whichisonthebasisofthedescriptionofthemethodofEuleranglesandfuseMEMSinfor-mationtomeasuretheattitudeangleofquadrotorUAV．Experimentalresultsshowthatthemethodcanaccuratelymeasuretheattitudeangle，andthecomparisonresultswiththeconventionalEKFshowthat，IEKFpossesallim-provedfilteri

6、ngprecision．Therefore，themethodadoptedbythepaperisvalid，whichalsoprovidesascientificmeansforquadrotorUAVattitude’Sreal—timeadjustment．KEYWORDS：QuadrotorUAV；Attitudemeasurement；EKF；IEKF1引言无人机(UAV)是无人驾驶飞机的总称，是一种利用空气动力学，能够自主导航或远程遥控导航飞行的不载人飞行器¨1。自上世纪末以来，由于微电子制造技术、微机械传感器技术、无线通信技术等现代科技的逐

7、步发展，无人机以其低成本、低伤亡率、可重复回收使用等突出优点，越来越受到世界各国的重视。而四旋翼无人机更是以其能垂直起降，可收稿日期：2014—05—28修回日期：2014—07—29—56一以实现悬停、前飞、侧飞和倒飞等各种姿态飞行等独特优势旧1吸引了国内外众多的科研团队的高度关注。四旋翼无人机具有广阔的军事和民用前景，但如何控制实现其自主飞行却是一个长期以来困扰研究人员的难题。因为其模型具有高度非线性、强耦合、欠驱动等特点，飞行控制设计比较困难。而要实现其自主飞行，实时获取无人机精准的飞行姿态信息来进行动态调整则显得尤为重要¨J。对于四旋翼无人机的姿态测

8、量，在不增加硬件成本的前提下，一般从算法上改善姿态角