杜 瑾,赵华超,郑 哲,王 祥,司迎利

(中国空空导弹研究院,河南 洛阳 471000)

捷联式惯导是当今惯性导航的主流发展方向。捷联算法的核心是捷联姿态算法,姿态角的解算精度直接影响到整个系统的精度。由于本身成本低、功耗小,MEMS器件被广泛应用于姿态测量领域[1]。由于MEMS陀螺存在漂移,长时间工作有累积误差,需要借助其他传感器的辅助才能完成姿态测量。常用的辅助传感器有加速度计、磁阻传感器等[2-3]。加速度计和磁阻传感器在静态和无外磁场干扰情况下均能表现出良好的测量性能,然而,在动态和有磁场干扰的情况下,这两种传感器的测量精度会受到严重影响[4]。

可以看出,单独使用某一种传感器不能获得精确可靠的姿态信息,必须利用姿态融合算法对不同传感器的数据进行融合,提高系统的精度和抗干扰能力。常用的融合算法有扩展卡尔曼滤波(EKF),无迹卡尔曼滤波(UKF),它们均从时域出发,对系统噪声精确建模[5-6]。这两种方法计算量大,对MCU主频要求高且模型建立比较复杂[7]。互补滤波(CF)与卡尔曼滤波相比,具有简单方便,计算量小,易于工程实现等优点[8]。

本文提出一种基于方向余弦矩阵(DCM)的多轴互补滤波姿态融合算法,利用加速度计和磁阻传感器良好的静态性能补偿MEMS陀螺仪的漂移误差。设计了静态试验与动态试验,分别验证了本算法的性能。

1 坐标系描述

定义2个坐标系:载体系(b系)与导航系(n系)。导航坐标系(n系)采用北,东,地坐标系,符合右手法则。……