[发明专利]基于自适应机动加速度扩展卡尔曼滤波器的航姿参考系统

说明书

一种航姿参考系统，系统包括微控制器和N个惯性传感器，所述惯性传感器中的一个，记为第一惯性传感器位于飞行器上的标志点，其余的N‑1个惯性传感器均匀且对称位于以所述飞行器标志点为圆心的圆周上，N是正整数。所述参考系统还包括存储器和通信模块。微控制器被配置为执行存储在所述存储器中的指令，执行以下操作：其中，X_k是第k个惯性传感器的输出值，X是N个惯性传感器输出值的平均值。

技术领域

本发明属于飞行控制技术领域，特别涉及基于自适应机动加速度扩展卡尔曼滤波器的航姿参考系统。

背景技术

航姿参考系统(Attitude and heading reference system简称AHRS)用来为飞行器提供准确可靠的姿态与航行信息。MEMS惯性传感器以其体积小、能耗低、价格低的特点被广泛应用到了ARHS中，但其缺点是测量噪声较大。航姿参考系统通过解算惯性传感器的测量数据得到姿态与航行信息，通常来说有两种方法获得：

一、通过加速度计和磁力计数据直接计算获得姿态，但加速度计和磁力计的动态特性差，如果只用重力和磁场直接计算姿态作为输出姿态，则会有较大的偏差。

二、通过角速度积分更新获得姿态，但是角速度传感器的噪声因为姿态解算中的积分运算而被累积放大，即有累积误差，使得ARHS的误差迅速发散，导致系统精度降低。例如在静止情况下，通过初始对准获得初始姿态后使用角速度数值积分对姿态进行更新，会在几秒中内产生很大的误差，让姿态发生变化，而这种变化实际上是累积误差，所以必须要对姿态进行校正。

ARHS内部的校正方法一般是卡尔曼滤波器，结合上述两种获得姿态的方法，对姿态进行滤波校正。由于ARHS对姿态进行校正依赖于地球磁场和重力加速度，传统卡尔曼滤波器只能在目标低加速或者均速运动时对姿态进行校正，在系统高加速运动时无法进行滤波或者容易引起姿态较大的误差，也会导致系统精度降低。如果考虑机动加速度，在加速度计输出中减去机动加速度则可以避免传统方法的缺点。但是加速度计只能测得目标的合加速度而无法知道哪一部分是机动加速度，哪一部分是重力加速度。

发明内容

本发明实施例提供了一种航姿参考系统，目的在于解决现有的航姿参考系统在飞行器高速机动时，采用卡尔曼滤波器对于惯性传感器数据滤波效果不佳的问题。

本发明实施例之一，一种航姿参考系统，该系统包括微控制器和N个惯性传感器，以及存储器和通信模块。所述惯性传感器中的一个，记为第一惯性传感器位于飞行器上的标志点，其余的N-1个惯性传感器均匀且对称位于以所述飞行器标志点为圆心的圆周上，N是正整数。

微控制器被配置为执行存储在所述存储器中的指令，执行以下操作：

其中，X_k是第k个惯性传感器的输出值，X是N个惯性传感器输出值的平均值。

本发明提出一种自适应机动加速度的扩展卡尔曼滤波器，结合自适应技术和扩展卡尔曼滤波器，将机动加速度建模成系统状态变量，不断的估计机动加速度，然后在更新姿态时将机动加速度减去，可以在机动时进行姿态矫正滤波。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

图1为根据本发明实施例之一的系统硬件框图。

图2为根据本发明实施例之一的惯性传感器安装示意图。

具体实施方式