基于MEMS的车辆姿态感知系统.pdf

《基于MEMS的车辆姿态感知系统.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、计算机系统应用http：／／www．c·S-a．org．cn20l4年第23卷第8期基于MEMS的车辆姿态感知系统①任亮，白国柱，周经美，程鑫(长安大学信息工程学院，西安710064)摘要：针对MEMS传感器精度低、误差大等缺点，采用三轴加速度计、三轴磁强计和三轴陀螺仪进行组合姿态测量，使用卡尔曼滤波进行多传感器数据融合．将旋转矢量法解算出的陀螺仪的姿态四元数作为卡尔曼滤波的预测矢量，将高斯牛顿法解算出的加速度计和磁强计的姿态四元数作为卡尔曼滤波的观测矢量，建立卡尔曼传播方程，求出更高精度的姿态四元数，解算出姿态角，将AHRS中的姿态角与车辆的坐标系对应，实验结果

2、表明车辆在不同状态下的姿态角度变化与车辆的运行状态一致．关键词：MEMS传感器；卡尔曼滤波；旋转矢量法；高斯牛顿法；车辆姿态VehicleAttitudeSensingSystemBasedonMEMSRENLiang，BAIGuo-Zhu，ZHOUJing-Mei，CHENGXin(SchoolofInform~ionEngineering，Chang’allUniversity,Xi’an710064，China)Abstract：InviewoftheMEMSsensors’lowprecisionandlargeerrors，three-axisaccel

3、erometer,three-axismagnetometerandthree-axisgyroscopearecombinedtomeasureattitude．AndKalmanfilterareusedformulti·sensordatafusion．Thegyroscope’SattitudequaternioncalculatedbyrotationvectorbecomesapredictivevectorofKalmanfilter．Theaccelerometerandmagnetometer’Satitudequaternioncalculat

4、edbyGauss-NewtonmethodbecomesaobservationvectorofKalmanfilte~Kalmanpropagmionequationisestablishedtoobtainmoreaccurateatitude，quatemiontocalculatetheattitudeangleandcorrespondtheattitudeangleinA_HRSwiththevehicle’atitudeangle．Experimentalresultsshowthatthechangedatitudeangleofthevehic

5、lecoincideswiththediferentstatesofthevehiclestate．Keywords：M匣MSsensors；Kalmanfilter；rotationvector；Gauss-Newton；vehicleatitudel引言法中的单字样算法，由于四元数法中引入不可交换性车辆姿态是车辆控制所需的重要参数，姿态信息误差【3】，所以只适用于低动态载体的姿态解算．旋转的准确获取对车辆的控制有着至关重要的作用01．航矢量法的多字样算法能弥补四元数法的不足I．2)基向姿态参考系统(AHRS)~够提供载体的航向角、俯仰于三轴加速度计和三轴磁强计

6、【61，利用地球磁场和重角和横滚角等姿态信息．在AHRS中，常用的姿态解力场在地理坐标系和载体坐标系之间的转换进行姿态算方法有：1)基于三轴陀螺仪数据，积分求姿态角【．解算．在类方法中，QUEST算法在计算过程中利用四在这类方法中，使用欧拉角法解姿态微分方程，当俯元数进行计算，可得单次观测的最优解，但却无法利仰角接近90。时，方程会出现退化现象．方向余弦法求用系统动态信息和历史观测信息，不能通过动态滤波解姿态矩阵可以避免欧拉角法方程退化的现象，但要改善测量精度．Gauss-Newton迭代算法能够用来计算解九个联立微分方程，计算量大，实时解算困难，工与体坐标系中测

7、量的加速度和地磁场相关的最优四元程上并不实用．四元数法只需解算四个联立微分方程，数．计算量小，算法简单，但四元数法实质上是旋转矢量目前，高精度惯性导航传感器件价格昂贵，实际应①基金项目：国家自然科学~(5127S058)收稿时~：2014-01-16；收到修改稿时f@2014-03-0384系统建设SystemConstruction2014年第23卷第8期http：llwapw．c-S-a．org．cn计算机系统应用用难以推广．MEMS传感器体积小、价格便宜，在伏角度，横滚角对应车辆的倾斜角度．AHRS中得到广泛应用，但是，MEMS陀螺仪存在零漂和误差，在姿态解

8、算中会产生