某无人直升高度测量系统融合方法.doc

《某无人直升高度测量系统融合方法.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、某无人直升机高度测量系统融合方法摘要：基于气压高度传感器、全球定位系统(GPS)和捷联式线加速度计，给出了一种无人直升机高度传感器组合高度测量系统设计的方法。根据某无人直升机的运动学和传感器测量模型，采用噪声淹没技术建立了高度测量系统的状态方程和量测方程，最后采用集中式卡尔曼滤波技术得到了无人直升机高度的估计。仿真结果表明该系统的高度测量比用单个传感器的高度测量具有较高的精度。关键词：气压高度传感器；GPS;捷联式线加速度计；噪声淹没技术；集中式卡尔曼滤波中图分类号：V328.5文献标识码：A文章编号：

2、DesignofaltitudedeterminationsystemofunmannedhelicopterXieYong1ChenZhaohai1ChenWanfa2(1.DepartmentofAutomation,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,JiangsuNanjing,210016a)(2.Lubi Building Materials Company,Ltd. ShandongLaiwu271103)Abstract：Aappr

3、oachofaltitudemeasurementforunmannedhelicopterispresentedbasedonthebarometricaltitudesensor,GPSandstrapdownaccelerometer.Stateequationandmeasuringequationofthesystemareestablishedaccordingtothemodelofkinematicsandmeasuringprincipleofeachsensorwithnoisedr

4、ownedtechnology.Centralkalmanfilterisusedtoestimatethealtitude.Simulationresultsshowthataltitudemeasurementofthesystemcangivemoreaccurateestimationthanonesensor.Keywords：barometricaltitudesensor;globalpositioningsystem;strapdownaccelerometer;noisedrowned

5、technology;centralkalmanfilter0引言基金项目：国家自然科学基金(90816023)，航空科学基金(2007ZC52039)资助无人直升机的高度信息通常是由气压式高度传感器获取的，但其测量误差会因高度的降低而增大。虽然GPS接收机定位准确度高，但其定位形式是被动的，有时候很容易引起无人直升机定位系统工作瘫痪。加速度计能准确反映高度方向的速度变化情况，短时间内通过对加速度两次积分可得到高精度的高度信息，但长时间误差会积累。本文通过组合气压高度传感器、GPS和加速度计，建立了一种

6、具有较高精度的无人直升机高度测量系统。目前国内外无人直升机高度测量用到了融合的思想[1]，将速度信息和几种高度信息进行融合，但无人直升机的速度测量是空速，在考虑大气随机运动的情况下，和真实的地速有相当大的误差，而且不可预测；而加速度是绝对的，只要引入无人直升机的姿态信息，便可以得到比较准确的垂向加速度信息，有利于高度信息的估计。1传感器特性分析1.1气压高度传感器为了测量数据处理的需要，首先，对传感器进行测量分析和标定[2]。无人直升机机载的气压高度传感器测高的标准压高公式为(1)式中，和分别为相应大气

7、层的重力势高度和大气温度的下限值；为温度的垂直变化率；为标准自由落体加速度；为相应大气层大气压力的下限；为任意高度的大气压力；为空气专用气体常数。设气压高度传感器的量测方程为(2)式中，为系统误差；为测量噪声；为尺度因子误差；为真实高度。假设偏差，可以得到：(3)式中，是对标准大气和标准海平面的大气参数的假设造成的误差，可以把看成期望为零的平稳过程。1.2GPS无人直升机机载GPS只要同时观测4颗GPS卫星，就可以解算出本身的位置出来，其中包括高度位置的信息。采用差分GPS接收机，定位数据为无人直升机在

8、WGS284坐标系下的位置，将其转换为用户坐标系中的位置。为简化测量模型，可将GPS的最终高度量测方程写为(4)式中，为真实高度；为量测噪声。1.3捷联式线加速度计设沿无人直升机的纵轴、横轴和垂直轴三个方向安装捷联式线加速度计，为了模型处理的简单，把误差建模成高斯白噪声；同时适当放大噪声的强度，消除测量模型误差的理想化假设产生的影响。三个线加速度计安装在飞机的重心处，忽略角运动对加速度计输出的影响，则垂向加速度感受无人直升机的空间线加速度，