微型导航系统磁传感器修正算法研究

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1、微型导航系统磁传感器修正算法研究李小龙，段凤阳(空军航空大学航空控制工程系，吉林长春130000)摘要:针对采用低成本惯性元件的MEMS-IMU/GPS微型组合导航系统在GPS信号长时间失效后系统趋于发散的问题，本文在研究捷联航姿解算算法、加速计测量姿态角算法和磁传感器解算航向角算法的基础上，提出将航姿辅助修正算法引入组合导航系统中，一旦系统检测到无效信号出现，则能自动切换到辅助修正状态，以抑制系统发散。通过半实物仿真实验，证明了该方法能够有效解决GPS信号长时间失效后系统发散问题，满足了在低成本MEMS惯性元件基础上所设计的微型导航系统高精度导航要求。关键词：MEMS加速度计姿态磁航向

2、中图分类号：TU666.1文献标识码：A国家标准学科分类代码：590.35StudyontheAlgorithmofMicro-navigationSystemaidedbymagneticsensorsLIXiao-long，DUANFeng-yang（AeronauticcontrolandengineeringDepartment,AviationUniversityofAirForce,Changchun,Jilin130000,China）ABSTRACT：SincetheintegratednavigationsystembasedonlowcostMEMS-IMU(iner

3、tialmeasurementunit)andGPS(globalpositioningsystem)willdecentralizeseverelywhentheGPSnavigationsignalisbeingblockedbybuildingsorothersforalongtime.SothispaperstudiedtheattitudeandheadingcalculatingalgorithmofSINS(strap-downinertialnavigationsystem),accelerometeraidedattitudedeterminationalgorithm

4、andthemethodofthecalculatingmagneticheadinganglefirstly.Basedonthesestudies,anewmethodtoaidthecalculatingprocessispresented,whichismixedintothecorrectingnavigationstatewhentheGPSsignalwasinterferedormissing.Theresultsofthesemi-physicalsimulationvalidatethatthenavigationaccuracycanbeimprovedtoahig

5、herlevelusingthemicrominiaturizednavigationsensorsbythismethodandtheproblemofGPSsignalinterferedormissingcanberesolvedsuccessfully.Keywords:MEMS-accelerometer;attitude;magneticheading;1引言惯性导航系统(INS)是一种自主式导航系统。在不需要任何外来信息也不向外辐射任何信息的条件下，惯导系统利用对载体惯性的敏感，解算出载体的姿态角信息、速度信息和位置信息等多种导航信息[1]。但其误差随时间累积特性制约了惯导

6、系统的广泛应用。GPS卫星导航系统是星基无线电导航系统,可以实现全球性高精度导航,且成本低廉。但缺点在于当载体做大机动飞行或地形遮蔽时,GPS导航信号有可能中断［２］。SINS/GPS将上述两种导航系统的优点结合起来，用GPS接收机的高精度定位信息通过卡尔曼滤波器来标定和补偿捷联系统的积累误差,提高了导航精度，其性能、成本和精度均能满足各种运载器的要求［３］。因此这一组合模式得到了广泛应用。但是在实际的测试中发现，当采用低成本惯性器件时（如MEMS-IMU），系统性能将明显下降，这是因为MEMS陀螺的漂移往往在几十度到一百度之间，在GPS信号失效后，如果不能及时恢复GPS信号，整个系统将

7、趋于发散。针对这一问题，本文提出了一种利用MEMS-IMU的三轴加速度计信号并交联磁航向信号来精确测量载体航向和姿态信息，以辅助修正微型组合导航系统姿态和航向角的方法。2辅助修正算法的基本原理本文提出的修正算法由三个部分组成，即为：基于MEMS-IMU的航姿解算算法、加速度计姿态解算算法和磁传感器航向角解算算法。三个部分的算法相互关系如下图所示：图1系统算法结构图Fig.1Theaidingalgorithmstructureofn