船用mems航姿测量系统算法研究与实现

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1、1分类号：，——————————————一UDC：工学硕士学位论文编号：船用MEMS航姿测量系统．算法研究与实现硕士研究生：指导教师：学位级别：学科、专业：所在单位：论文提交日期：论文答辩日期：学位授予单位：苑海静赵琳教授工学硕士导航、制导与控制自动化学院2010年3月2010年3月哈尔滨工程大学ClassifiedIndex：U．D．C：ADissertationfortheDegreeofM．EngTheResearchandRealizationofAttitudeandHeadingReferenceSystembasedonMEMSsensorsusedforShipCandid

2、ate：YuanHaijingSupervisor：Prof．ZhaoLinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：Navigation，GuidanceandControlDateofSubmission：March，2010DateofOralExamination：March，2010University：HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用己在文中指出，并与参考文

3、献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：苑海静日期：幻fo年弓月7日学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫捕等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论

4、文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(诳授予学位后即可口在授予学位12个月后口解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字)：兹沲静日期：砂lo年≥月c}日导师(签字)：—‰咖矽f口年弓月7日哈尔滨T程大学硕士学位论文摘要基于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

5、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

6、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MRPEKF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MEMSAHRS／GPS组合系统松耦合Kalman滤波算法的研

7、究，仿真实验证实了方案的有效性。关键词：微机械陀螺；航姿系统；随机漂移建模；姿态更新It"哈尔滨工程大学硕十学位论文ABSTRACTLow-costAttitudeandHeadingReferenceSystemsbasedonMEMSinertialsensorshavebroadapplicationprospectsbothinthefieldofnationaldefenseandcivilianareas．T