笪良龙，孙芹东，王文龙，王 超

（海军潜艇学院，青岛 266199）

基于MEMS姿态传感器的声矢量传感器设计

笪良龙，孙芹东，王文龙，王 超

（海军潜艇学院，青岛 266199）

针对声矢量传感器姿态变化难以准确测量导致目标测向精度低的现状，设计一种微型 MEMS姿态传感器，并将其封装在声矢量传感器内部，实现基于MEMS姿态传感器的声矢量传感器设计。首先根据声矢量传感器姿态测量与校正原理，采用四元数姿态解算方法及扩展卡尔曼滤波器设计MEMS姿态传感器，并对其进行姿态精度测试；然后基于MEMS姿态传感器进行声矢量传感器样机设计、制作、参数测试；最后对样机进行了海上实验，结果表明，通过姿态校正后声矢量传感器目标方位估计精度与GPS推算方位精度一致，验证了利用MEMS姿态传感器设计声矢量传感器的可行性。

声矢量传感器；MEMS姿态传感器；姿态校正；扩展卡尔曼滤波器

1 MEMS姿态传感器设计

1.1 姿态测量与校正原理

声矢量传感器姿态变化指的是其自身所在坐标系相对于参考坐标系的旋转角度变化。将声矢量传感器所在坐标系定义为载体坐标系，记为v系，坐标系原点位于声矢量传感器几何中心，三个坐标轴xv、yv、zv分别指向声矢量传感器的右、前、上方向；将声矢量传感器目标定向的最终结果所对应的坐标系定义为参考坐标系，记为n系，三个坐标轴xn、yn、zn分别指向声矢量传感器所在地的东、北、天方向。

声矢量传感器所在载体坐标系相对于参考坐标系的角度可以用α、β、γ表示，分别称为航向角、俯仰角、横滚角，三个姿态角可以通过将参考坐标系绕不同坐标轴的3次连续旋转得到。……