姚若晨

基于开关扩展卡尔曼滤波的姿态估计✴

姚若晨

（北京理工大学信息与电子学院，北京100081）

针对低成本动中通系统中的姿态估计问题，提出一种开关扩展卡尔曼滤波算法。以无航向角的姿态更新算法为基础，根据微机械陀螺和加速度计分别建立系统状态方程和测量方程。针对机动加速度的影响，设计了三维开关扩展卡尔曼滤波方程，对载体姿态角和陀螺零偏进行实时估计。实验结果表明，该算法能够准确估计载体姿态和陀螺零偏，姿态角估计误差小于0.5°，俯仰角和横滚角估计误差的方差分别为0.130 1°和0.140 5°，两轴陀螺零偏误差均值均小于（2×10-4）°／s，能够满足动中通的应用要求。

动中通；姿态估计；卡尔曼滤波

1 引言

动中通（SatCom on-the-move，SOTM）是基于固定通信频段的运动中的卫星通信［1］，近年来，动中通在恶劣通信环境（联合作战、抢险救灾等）中作用突出，成为国内外研究的热点。为了保证在运动中天线波束时刻对准卫星，需对载体航向和姿态进行精确估计。当前航姿估计按成本高低可分为高成本和低成本两类。前者是基于高精度姿态航向参考系统（Attitude and Heading Reference Systems，AHRS）提供的载体的航向和姿态角，虽然能够提供准确的信息，但成本过高，严重制约了动中通的推广；后者是使用低成本的陀螺和倾角仪（或加速度计）进行信息融合，估计载体姿态［2］。由于陀螺存在零偏，积分后存在漂移。传统方法采用加速度计等辅助传感器，借助扩展卡尔曼滤波器（EKF）和互补滤波器融合两者信息，提高姿态估计精度，但加速度计易受机动加速度的干扰，传统融合方法无法解决。……