资源描述：
《基于测姿GPS及电子罗盘组合的姿态估计算法.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、2007年第4期中国航海No.4Dec.2007总第73期NAVIGATIONOFCHINASerialNo.73文章编号:1000-4653(2007)04-0033-04基于测姿GPS及电子罗盘组合的姿态估计算法章大勇,吴文启,吴美平,逯亮清(国防科技大学,湖南长沙410073)摘要:针对低成本姿态测量应用需求,研究了由测姿GPS与电子罗盘组合的姿态估计算法。以捷联姿态误差模型为基础,利用等效倾角误差表示姿态误差,引入角速率误差作为状态参量,通过四元数微分方程推导等效倾角误差传递模型。从GPS双差载波相位测
2、量方程和电子罗盘地磁矢量方程出发,从观测量的物理意义出发推导了等效倾角误差为状态参量的非线性观测方程。采用扩展卡尔曼滤波对姿态参数进行状态估计。车载实验表明该算法能够有效地提高姿态测量精度和系统的鲁棒性,具有较好的实用性。关键词:船舶、舰船工程;测姿GPS;电子罗盘;姿态估计;等效倾角误差;四元数中图分类号:U666.1文献标识码:AAttitudeDeterminationAlgorithmBasedonCombinationofAttitude2GPSandElectronicCompassZHANGDa2
3、yong,WUWen2qi,WUMei2ping,LULiang2qing(NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073,China)Abstract:TheattitudedeterminationalgorithmbasedonthecombinationofMulti2AntennaGPSandElectronicCompassisstudiedforaneedoflow2costattitudemeasurementapplication.In
4、thealgorithmequivalenttiltangleerrordenotesattitudeerroranditspropagationequationsarededucedwithaquaterniondifferentialequation.Also,startingfromthephysicalsignificancesofobservedquantities,anon2linearobservationequation,inwhichtheequivalenttiltangleerrorasa
5、stateparameterisestimatedwithextendKalmanFilter,isdeduced,basedondoubledifferentialcarrierphasemeasurementequationandelectroniccompassgeomagnetismvectorequation.Vehicleexperimentsindicatethatthealgorithmcaneffectivelyimproveattitudedeterminationprecisionandr
6、obustnessofsystem.Keywords:Ship,Navalengineering;Attitude2GPS;Electroniccompass;Attitudedetermination;Equivalenttiltangleerror;Quaternion姿态参数是舰艇导航的重要组成部分。利用陀种选择。捷联式电子罗盘通常利用三轴磁强计与倾螺作为姿态传感器测量载体姿态参数是最为常用的斜仪配合,测量地磁场矢量求取姿态参数,具有完全手段,但由于其成本较高,导致其在应用上受到限自主、稳定、固态、小型化
7、的优点,但往往受到传感器制,尤其是许多小型舰艇依然以磁罗经为主进行导的限制而精度较低。在相关的姿态算法研究中,[3]航。近年来,利用多天线GPS及其载波相位观测进Challa提出了基于观测矢量求导的磁传感器姿态[1][4]行姿态测量的方法受到了广泛的关注。Cohen采估计方法,傅建国等提出了采用非线性滤波直接用正交基线测量姿态,精度达到0.1°(1σ)。段智估计姿态参数的方法。[2]勇等将测姿GPS与惯导系统组合,成功应用于惯可见,将测姿GPS与电子罗盘组合,在不降低导初始对准中。由于测姿GPS成本较低和可观的
8、系统稳定性的前提下能充分利用测姿GPS提高精精度水平,在许多领域得到了推广,并日趋成熟,但度。采用组合方式进行姿态估计,需要建立姿态误载波相位测量固有的周跳、易受干扰等特性对姿态差模型,因此,本文针对低成本应用环境,研究适用测量稳定性的影响不可忽视。与此同时,新一代捷于测姿GPS与电子罗盘组合的姿态误差等效倾角联式电子罗盘的出现为低成本姿态测量提供了另一误差递推模型及完整的姿态估计算法
