水下姿態(tài)解算的算法研究.pdf

1、近年來,水下載體的姿態(tài)測量越來越受到人們的關(guān)注。而姿態(tài)解算的算法設(shè)計(jì)在整個(gè)水下姿態(tài)測量系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的作用,也在很大程度上影響著系統(tǒng)的測量精度。設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)淖藨B(tài)解算算法成為了研究的重點(diǎn)。
　　針對本文的研究背景,本論文提出,采用微慣性傳感器對某產(chǎn)品水下運(yùn)動(dòng)過程中的角速率、加速度和磁強(qiáng)度信息進(jìn)行測量和存儲(chǔ),并在計(jì)算機(jī)上對慣性測量數(shù)據(jù)進(jìn)行事后解算,從而獲取某產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)過程中準(zhǔn)確地姿態(tài)、位置等信息的方案。論文圍繞上述方案,進(jìn)行了如下幾個(gè)方面

2、的研究工作:
　　(1)確定合適的事后數(shù)據(jù)解算方法。分別介紹了歐拉角法、方向余弦法、四元數(shù)法和等效旋轉(zhuǎn)矢量法的解算原理和步驟。在對它們各自優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)對在實(shí)際工程中普遍采用的四元數(shù)法和等效旋轉(zhuǎn)矢量法,進(jìn)行了算法的仿真研究。通過分析和比較,最終選擇四元數(shù)龍格-庫塔算法對慣性測量數(shù)據(jù)進(jìn)行姿態(tài)、位置的解算。
　　(2)慣性測量器件的誤差分析。慣性測量器件的誤差在整個(gè)系統(tǒng)誤差中占的比重很大,是研究的重點(diǎn)。本文在介紹了

3、系統(tǒng)的微機(jī)械陀螺儀、微機(jī)械加速度計(jì)、三軸磁傳感器的工作原理的基礎(chǔ)上,分析、建立了傳感器誤差模型,并用Allan方差分析了陀螺儀隨機(jī)漂移誤差的特性。
　　(3)水下姿態(tài)解算算法的設(shè)計(jì)。初始對準(zhǔn)后,采用四元數(shù)的龍格-庫塔法處理陀螺儀的輸出以更新姿態(tài)四元數(shù)。利用加速度計(jì)和磁強(qiáng)計(jì)分別對地球重力場和地磁場的觀測來補(bǔ)償陀螺儀零偏。采用卡爾曼濾波方法對姿態(tài)四元數(shù)誤差做最優(yōu)估計(jì),進(jìn)而對所更新的四元數(shù)進(jìn)行校正。利用微機(jī)械加速度計(jì)的輸出求得系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的