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《基于UKF的MEMS傳感器姿態(tài)測量系統(tǒng).pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第24卷第5期傳感技術(shù)學(xué)報Vo1．24No．52011年5月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSMav2011MEMSSensorsBasedAttitudeMeasurementSystemUsingUKFZHAOHe，WANGZheyao(b~tituteofMicroelectronics，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：Tosatisfytherequirementsofindustryandciviluse，attitudemeasurement
2、system，basedonMEMSaccel—erometer，gyroscopeandmagnetometer，isproposed．UnscentedKalmanFilter(UKF)isusedtofusethedata．Tosolvethedriftofgyroscopeandinaccuracyindynamicusingaccelerometerandmagnetometerunit，theUKF，basedOilrotationmatrix，isaddressedtocombinetheadvantagesofthe1womeasure
3、mentmethodsandtoovercomethefauhsofeachother’s．Theaccumulatede／TOTSayecallbratedandtheaccuracyisimprovedinstaticstate．a(chǎn)ndthefaultsindynamicstatearecompensated．Theexperimentalresultsshowthattheattitudesystemcanachievehighac—curacy．Sincethedataacquisitionandfilteringareimplementedb
4、ytheembeddedsystem，oursystemcanworkinrealtime．Keywords：inertialnavigation；attitudedetermination；MicroElectroMechanicalSystem(MEMS)；unscentedKalmanfilter(UKF)EEACC：7630；7230；7630doi：10．3969／j．issn．1004-1699．2011．05．004基于UKF的MEMS傳感器姿態(tài)測量系統(tǒng)冰趙鶴，王拈矗(清華大學(xué)微電子學(xué)研究所，北京100084)摘要：針對工業(yè)和民用領(lǐng)域?qū)ψ?/p>
5、態(tài)測量的需求，提出了基于MEMS加速度計、陀螺儀和磁強計的姿態(tài)測量系統(tǒng)，并采用無先導(dǎo)卡爾曼濾波(UnscentedKalmanFilter，UKF)方法處理傳感器數(shù)據(jù)。針對基于加速度計和磁強計的姿態(tài)測量方式在動態(tài)測量時不準確的問題和單獨采用陀螺儀測量角度產(chǎn)生漂移的問題，設(shè)計了基于方向旋轉(zhuǎn)矩陣的UKF濾波器：結(jié)合兩種測量方式的優(yōu)點，互相克服各自的不足。經(jīng)過UKF處理后：在靜態(tài)測試中，測量系統(tǒng)沒有積累誤差；在動態(tài)測試中，陀螺儀補償了加速度計和磁強計測量方法的中產(chǎn)生的毛刺。實驗結(jié)果表明，所設(shè)計的姿態(tài)系統(tǒng)可以達到很高的精度；通過嵌人式系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集和濾波，姿
6、態(tài)測量系統(tǒng)具有很好的實時性。關(guān)鍵詞：慣性導(dǎo)航；姿態(tài)測量；微機電系統(tǒng)(MEMS)；無先導(dǎo)卡爾曼濾波(UKF)中圖分類號：．rP212．9；V249文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1O04—1699(2011)05—0642—05姿態(tài)測量在航天航空¨、機器人、人體運動姿算物體的姿態(tài)角。這種方法的優(yōu)點在于姿態(tài)角沒有態(tài)捕捉等方面都有著廣泛的應(yīng)用。隨著MEMS積累誤差，但是這種方法是利用物體在靜態(tài)下只受技術(shù)的發(fā)展，與傳統(tǒng)的傳感器相比，MEMS傳感器體到重力特性來計算橫滾角和俯仰角，航向角是利用積更小、質(zhì)量輕、功耗更低，這使得體積微小的姿態(tài)加速度計測量的橫滾角、俯仰角和地
7、磁矢量恒定的測量系統(tǒng)有了更加廣泛的應(yīng)用。特性來計算。在靜態(tài)下，這種方法可以達到很好的‘角度測量最直接的方法就是利用陀螺儀測量精度，但是由于在動態(tài)下，物體除了受到重力外，也的角速度對時間進行積分，但是陀螺儀測量角度存會受到其他外力的影響導(dǎo)致姿態(tài)角計算不準確。在積累誤差，使得無法用陀螺儀對角度進行長時間AnthonyKim等人用四元數(shù)來表示姿態(tài)角，雖然測量。Beno~tHuyghe等人利用加速度計和磁強四元數(shù)可以減少計算量，但是四元數(shù)需要更多的存計直接測量重力場和地磁場，通過方向余弦矩陣計儲空間且不易使用，而歐拉角表示更直觀易懂，便于項目來源：ABB(中國
8、)有限公司研究中心項目收稿日期：2010—12—14修改日期：2011—0t一18第5期趙鶴，
