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《低階線性Kalman濾波實時定姿算法的設(shè)計與實現(xiàn)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、2015年第1期導彈與航天運載技術(shù)No.12015總第337期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.337文章編號：1004-7182(2015)01-0079-05DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20150118低階線性Kalman濾波實時定姿算法的設(shè)計與實現(xiàn)朱文杰，王廣龍，高鳳岐，喬中濤（軍械工程學院納米技術(shù)與微系統(tǒng)實驗室，石家莊，050003）摘要：從Kalman濾波定姿算法的實時實現(xiàn)出發(fā)，設(shè)計一種降維Kalman濾波器。推導了加速度計、磁強計組合全方位姿態(tài)角的解算公式?；谒脑獢?shù)微分方程，采用四階龍格-庫塔法對陀螺儀
2、輸出的角速率數(shù)據(jù)進行處理，建立了遞推關(guān)系式，并以姿態(tài)四元數(shù)作為系統(tǒng)的狀態(tài)矢量，構(gòu)成四維Kalman濾波器。在DM3730Cortex-A8處理器平臺上對算法進行實現(xiàn)和實驗驗證。實驗結(jié)果表明，經(jīng)過降維處理后的算法，顯著降低算法的實現(xiàn)復雜度和計算量，濾波效果及實時性能均達到預期的目標，具有較強的實用性。關(guān)鍵詞：卡爾曼濾波器；定姿；四元數(shù)；Cortex-A8；實時性中圖分類號：TP274文獻標識碼：ADesignandImplementationofaLow-orderandLinearKalmanFilteringAlgorithmforReal-timeAttitudeDe
3、terminationZhuWen-jie，WangGuang-long，GaoFeng-qi，QiaoZhong-tao（LabofNanotechnologyandMicro-system,CollegeofMechanicalEngineering,Shijiazhuang，050003）Abstract:AdimensionalityreducedKalmanfilterisdesignedinthispaper,tosatisfythereal-timeimplementationoftheKalmanfilteringalgorithmforattituded
4、etermination.Afullrangeattitudeanglecalculatingformulaisderivedforaccelerometerandmagnetometer.Four-orderRunge-Kuttamethodbasedonquaterniondifferentialequationisusedtodisposetheoutputangularratedatafromgyroscope,andarecurrenceexpressionisestablished.Attitudequaternionischosenasthestatevec
5、torofthesystemtoformafour-dimensionalKalmanfilter.Finally,thewholealgorithmisrealizedandverifiedonDM3730Cortex-A8processorplatform.Theexperimentalresultsshowthatthedimensionalityreducedalgorithmsignificantlyreducestheimplementationcomplexityofthealgorithmandtheamountofcomputation,andthefi
6、lteringeffectandreal-timeperformancereachtheexpectedgoal,soithasgoodpracticality.KeyWords:Kalmanfilter;Attitudedetermination;Quaternion;Cortex-A8;Real-time0引言度、震動、磁場等環(huán)境因素影響的缺點，需要采用一定姿態(tài)確定在航空航天、軍事、人體運動學分析、的處理算法對其測量輸出進行處理，以消除誤差和干消費類電子產(chǎn)品及機器人等眾多領(lǐng)域有著廣泛的應擾。[1~3]用。由微機電系統(tǒng)（MicroelectroMechanicalSys
7、tem，姿態(tài)估計常用的算法是Kalman濾波及其各種擴[4]MEMS）傳感器組成的微慣性測量單元（MIMU），輔展和衍生形式，如EKF、UKF、聯(lián)邦Kalman濾波等。以微磁強計組成的航向姿態(tài)參考系統(tǒng)（AHRS），可實現(xiàn)文獻[3]使用UKF和互補濾波組合的方法對姿態(tài)估計對被測對象的全姿態(tài)參數(shù)進行測量。與傳統(tǒng)的平臺式定和陀螺儀誤差補償?shù)姆椒ㄟM行了研究；文獻[5]、[6]均姿系統(tǒng)及激光陀螺、光纖陀螺等定姿系統(tǒng)相比，AHRS采用與本文類似的傳感器組成結(jié)構(gòu)，但其濾波器均為7具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、自主性強、系統(tǒng)實現(xiàn)簡階，且都需要事
