基于MRPsNPUPF的地磁加速度计测量的姿态估计新方法.pdf

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1、Vo1．32No第32卷第2期．22011年2月February2011基于MRPs／NPUPF的地磁／]Jn速度计测量的姿态估计新方法郭庆，魏瑞轩，许洁，胡明朗(1．空军工程大学工程学院，西安710038；2．中国人民解放军94456部队，威海264411)摘要：针对现有基于地磁／aN速度计的姿态估计算法存在状态误差协方差阵的奇异值和需要准确已知当地地磁矢量的问题，提出了一种新的姿态估计基本方法。该方法采用修正罗德里格参数(MRPs)表示系统动态，消除了采用四元数法导致的状态误差协方差阵的奇异值问题；根据地磁场缓变的特性，将地磁矢量作为平稳过程加入到状态变量中，使得姿态估计不再需要准确已

2、知当地地磁矢量。针对大初始误差和有色噪声对基本方法的影响，宇a通过引入模型误差预测(NPF)和无迹粒子滤波(UPF)方法对其进行改进，提出了基于模型预测无迹粒子滤波(NP—UPF)的地磁／)Jn速度计的姿态估计新方法。仿真结果表明，NPUPF方法可在大初始误差和非高斯条件下实现高精航度的姿态估计，提高了基于地磁／加速度计的姿态估计方法的可靠性和实用性。学a关键词：姿态估计；修正罗德里格参数；地磁；模型误差预测；无迹粒子滤波；模型预测无迹粒子滤波中图分类号：TP391．9文献标识码：A文章编号：1000—1328(2011)02~336-07报DOI：10．3873／j．issn．1000—

3、1328．2011．02．016ANewMethodforAttitudeEstimationinMagnetometerandAccelerometerAttitudeSystemBasedonMRPsandNPUPFGUOQing，WEIRui．xuan，XUJie，HUMing．1ang(1．EngineeringCollege，AirForceEngineeringUniversity，Xi’an710038，China；2．Army94456ofPLA，Weihai264411，China)Abstract：Aimingattheproblemofexistingattitude

4、estimationalgorithmsbasedongeomagneticandaccelerometermeasurements，thatthereareshortagesoncovariancematrix’Ssingularityandexactlyknownlocalgeomagneticvector，anewbasicattitudeestimationalgorithmisproposed．ThisalgorithmusesModifiedRodriguesParameters(MRPs)toexpressthedynamicsofsystem，SOthatthesingul

5、arityofcovariancematrixowingtoquaternion’Sredundancyinexpressionofsys—ten’sdynamicsiseliminated，andthegeomagneticvectorasastationaryprocessisputintotheestatevariablesbecauseofitsslowlyvaryingcharacter，SOthattheproblemofexactlyknownlocalgeomagneticvectorissolved．Inallusiontotheper—formancedegradati

6、onofattitudeestimationmethodbasedonMRPandUnscentedParticleFilter(UPF)whentherearelargemodelerrorandcolorednoise，animprovedschemeforattitudeestimationbasedonNonlinearPredictiveUnscentedParticleFiher(NPUPF)isproposed．Simulationresultsverifythatthemethodimprovestherobustnessandenvironmentaladaptabili

7、tyofattitudeestimationalgorithmundertheconditionofsystemwithlargemodelerrorandcolorednoise．Keywords：Attitudeestimation；Modifiedrodriguesparameters(MRPs)；Geomagneticfield；Nonlinearpredictivefilter(NPF)；Unscentedpa