基于非線性濾波飛行器姿態(tài)確定算法的研究

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1、杭州電子科技大學碩士學位論文摘要現代傳感器技術、計算機技術和各種智能信息處理技術等的快速發(fā)展，使得面向各種功能需求的各類航空航天飛行器在國防和民用領域得到了廣泛應用。加之不同功能需求和應用環(huán)境的復雜性，使得對作為運動載體平臺的飛行器的姿態(tài)確定精度和算法的穩(wěn)定性等要求不斷提高，因此對飛行器姿態(tài)確定算法的研究具有十分重要的理論和實際意義。根據飛行器的不同應用場景和性能要求，可采用不同的姿態(tài)測量系統(tǒng)，但其本質都是以非線性濾波為基礎。鑒于目前廣泛使用的基于擴展卡爾曼濾波(ExtendedKalmanFilter,EKF)和無跡卡爾曼濾波(Unscente

2、dKalmanFilter,OKF)等非線性濾波的飛行器姿態(tài)確定算法存在估計誤差較大和算法穩(wěn)定性不高等缺陷，本文首先采用新型的平方根求容積卡爾曼濾波器(Square．RootCubatureKalmanFilter,SCKF)，研究兩種帶有不同姿態(tài)敏感器的飛行器的姿態(tài)確定算法，然后針對多平臺純方位目標跟蹤與多姿態(tài)測量系統(tǒng)研究基于無跡信息濾波器(UnscentedInformationFilter,UIF)的三種非線性集中式融合估計算法的性能比較與分析。本文的工作和主要貢獻包括如下幾點：1)提出一種基于SCKF的微小型飛行器姿態(tài)確定算法。首先，用四

3、元數和陀螺儀漂移構成狀態(tài)向量，用歐拉角表示測量向量；然后，使用捷聯法和陀螺儀漂移模型建立系統(tǒng)的狀態(tài)方程，根據歐拉角和四元數的關系建立測量方程，同時將雙向量法得到的姿態(tài)信息作為姿態(tài)測量值；接著，針對所建立的系統(tǒng)模型設計SCKF算法；最后，采用計算機仿真驗證所設計的姿態(tài)確定算法的有效性。2')建立了一種基于SCKF的航天器姿態(tài)確定算法。首先，用廣義羅德里格參數和陀螺儀漂移表示狀態(tài)向量，根據四元數運動學方程對航天器姿態(tài)進行傳播；然后，采用兩個不平行的星敏感器矢量觀測構成測量向量，根據星敏感器觀測模型建立測量方程；最后，使用本文設計的SCKF算法實現姿態(tài)

4、估計，并與基于UKF的姿態(tài)確定算法估計結果進行仿真比較。3)基于無跡信息濾波器UIF研究三種非線性集中式融合算法設計和性能比較分析，并分別以多平臺純方位目標跟蹤系統(tǒng)和基于研究內容1)中姿態(tài)模型構建的多姿態(tài)測量系統(tǒng)為對象開展三種融合算法性能的仿真驗證。關鍵詞：飛行器姿態(tài)確定，四元數，廣義羅德里格參數，SCKF,UIF杭州電子科技人學碩士學位論文AbstractWiththerapiddevelopmentofSenSOrtechnology,computertechnology,andintelligentinformationprocessing

5、technology,variousaerospacevehicleswhichmeetdifferentfunctionalrequirementsarewidelyusedinthemilitaryandcivilfields．Thedifferentfunctionalrequirementsandthecomplexityofapplicationenvironments，leadtothedemandofaccuracyandstabilityoftheaircraftattitudedeterminationalgorithms，wh

6、ichareused嬲themovingvehicleplatform，isconstantlyincreasing．Soitisofgreattheoreticalandpracticalsignificancetoresearchaircraftattitudedeterminationalgorithms．Accordingtodifferentdemandsofapplicationscenariosandperformancesoftheaircraft，wecanusedifferentattitudemeaSurementsyste

7、ms，butthenatureofthesystemsisbasedonnonlinearfilters．Currentlywidelyusedaircraftattitudedeterminationalgorithms，whicharebaSedonthenonlinearfilter,suchasEKFandUKF,havedefectsofrelativebigestimateerrorandlowstability．Inviewofthedisadvantagesaforementioned，firstly,weutilizedanew

8、SCKFtoresearchtheattitudedeterminationalgorithmsoftwokindsofaircraft