微小型无人直升机姿态信号的互补滤波融合算法

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1、总第180期2014年第3期直升机技术HEUCOPIERTECHNIQUETotalNo．180No．32014文章编号：1673-1220(2014)03旬13旬5微小型无人直升机姿态信号的互补滤波融合算法余彦霖1，祖家奎1，曾国贵2(1．南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016；2．中国直升机设计研究所，江西景德镇333001)摘要基于惯性测量技术获取飞行器姿态信号的方法已被广泛应用，然而对于微小型或低成本无人飞行器而言，通过MEMs传感器获取满足精度要求且稳定可靠的姿态信号仍然是具有一定难度的工程问题。文章针对民用

2、微小型无人直升机的低成本要求和使用环境，利用三轴角速率陀螺仪和加速度计在姿态估计中频率互补的特性，采用互补滤波算法，改进了滤波参数的自适应调整方法，实现了俯仰角和滚转角信号的有效融合，得到的姿态信息可用于微小型无人直升机的内环增稳控制。仿真和试验数据表明，该方法测量精度较高，工程实现简单，算法稳定，能有效解决微小型无人直升机姿态信号的工程求解和使用问题。关键词无人直升机；互补滤波；自适应；姿态估计中图分类号：v212．12文献标识码：ATheResearchonAttitudeDetem血ati仰A190rithmB嬲edonC

3、omplementaryFnterforUmnam他dHeUcopterYUYanlinl，ZUJiakuil，ZENGGuogui2(1．College0fAuto眦ti叩Engine甜Ilg，N删ingUnive璐ityofA哪nautics卸dAstron叫tics，N锄jing210016，China；2．chinaHelicopterResearch帅dDevel叩mentInstitute，Jingdezhen33300l，china)Ab!舭tInertialmeasurementmet}lodw鹊访delyuse

4、dinanitudedete册inationofMUH(MiniUnmannedHelic叩ter)．ButforMUHor10w-costu砌舢edajrcr出，geningstable粕dreliable卸dhi曲一precisionattitudeanglebyMEMSsensorswasstillaproblem．，11lisp印erw鹪f矗low-costciVilMUH．Inattitudedete珊ination，g)哟scopeaIIdaccelerometerwerecomplementaryinchaIact

5、eris-tics．Complementaryfilerwasappliedtorealizesensorfusionandgetattitudeid洒ationforstabilityaugmentationsystem．r11lisp印erdesi印edad印tiVecomplementaryfilter，improVedaccuracyofani-tudeestimation．Experimentdatashowedtllatthemethodcan雒bctiVelysolVetllepmblemofatti—tudede

6、teminationofMUH．1【eywordsunmannedhelic叩ter；complement邺‘矗lter；adaptiVefilter；attitudedete珊ination收稿日期：2014一07一Ol基金项目：南航航空航天大学基本科研业务费专项科研(Ns2013031)资助项目。作者简介：余彦霖(1989一)，男，四川广元人，硕士研究生，主要研究方向：无人直升机姿态解算算法。·14·直升机技术总第180期微小型无人直升机具有成本低、维护简单、机动种自适应互补滤波算法。该方法主要是用陀螺仪来未6h魏警德矬差态

7、翼置大多采用磐成1姿态估计原理本的捷联惯性测量单元(inertialⅡle鹪ureInentu一1x坩⋯川”。工简单的处理方法仅能在很短的时间内保证精度，其长线指向地。机体坐标系与载体固连，选取载体重心rcospcos哕cospsin缈一sin口]c：=lsin咖sin口cos缈一cos咖sin缈sin咖sinpsin哕+cos咖cos哕sin咖cosp(1)Lcos咖sinpcos哕+sin西sin缈cos西sin口sin哕一sin西cos缈cos西cospJ其中，西、p、缈分别代表载体的滚转角、俯仰角、偏航角。转换矩阵c：为

8、正交矩阵，满足(c：)～=(c：)1。1．2姿态解算原理在极小的时间出内，姿态角的变化量郴、加、d缈趋近于o，而且转动顺序变得不重要，c!随着时间的变化如式(2)所示：r1d哕一加]c：(t+也)=c：(t)·I—d缈1螂I=Ldp—d击1jr1∞：d￡一∞，d