[发明专利]机动加速度辅助的扩展卡尔曼滤波航姿系统姿态估计方法

摘要

本发明提出了一种机动加速度辅助的扩展卡尔曼滤波航姿系统姿态估计方法，其扩展卡尔曼滤波的状态量为三个姿态角误差、三轴陀螺的零偏误差和载体系的三轴载体机动加速度误差，观测量为三轴加速度误差和三轴地磁场误差。将捷联姿态算法和该九态扩展卡尔曼滤波算法进行数据融合，得到航姿系统姿态估计。通过单轴转台试验、车载动态实验和飞行实验，验证了这种机动加速度辅助的九态扩展卡尔曼滤波数据融合算法在不同机动情形下姿态角精度稳定，其姿态角均方差可限制在2°以内。

主权项

1.机动加速度辅助的扩展卡尔曼滤波航姿系统姿态估计方法，其特征在于包括以下步骤：(1)惯性传感器标定，分别取标定后载体坐标系下的三轴角速度、三轴加速度及三轴地磁场，该惯性传感器包括光纤陀螺仪、加速度计和磁传感器；(2)罗差校正，利用陀螺和地磁场的转动信息对三轴软铁和硬铁效应进行校正；(3)捷联姿态解算：采用四元数表示方法，进行捷联姿态解算；(4)将载体机动加速度描述为一种非零均值时间相关模型，即当载体以某一加速度机动时，下一瞬时的加速度只能在当前加速度的邻域内，描述为：a·=a‾+δa---(1)]]>δa·=-αδa+wa---(2)]]>其中a为机动加速度，为下一时刻的机动加速度，a为机动加速度均值，取前一时刻的机动加速度，且在每一采样周期内为常数，δa为零均值有色加速度噪声，即为相邻时刻的机动加速度误差，为下一相邻时刻的机动加速度误差，α为机动频率；w_a为白噪声；方差σwa2=2ασa2,]]>σ_a²为机动加速度方差，取为常值；(5)建立机动加速度辅助的九态扩展卡尔曼滤波算法，状态量取为三个姿态角误差、三轴陀螺的零偏误差和载体系的三轴载体机动加速度误差，观测量为三轴加速度误差和三轴地磁场误差；(6)将机动加速度辅助的九态扩展卡尔曼滤波和捷联姿态算法进行数据融合，得到航姿系统姿态估计。