孔令哲

(中国电子科技集团公司第三十九研究所 陕西省天线与控制技术重点实验室，西安 710065)

0 引言

卫星技术的进步和成本降低将让未来卫星带宽资源越来越丰富，加上廉价大数据以及物联网的广泛应用，基于机载、车载和船载动中通设备的需求量日愈剧增。惯性测量单元(IMU)作为动中通设备的核心部件，是决定动中通设备跟踪精度和市场竞争力的关键[1]。但常规姿态测量单元价格昂贵，简易姿态测量单元精度不足，需要通过合理的算法弥补彼此的不足[2]。本文将介绍我所在民用船载动中通领域如何运用常规的微电子(MEMS)传感器测量数据构建惯性测量单元(IMU)并通过卡尔曼滤波法与四元数获得稳定、可靠的欧拉角姿态信息。此方法简单易行，通过数据融合提升了常规的微电子传感器对欧拉角姿态信息测量的精度，可广泛的应用于各个行业，尤其为动中通系列产品及类似设备的民用化、普遍化提供了可能。

1 姿态信息与欧拉角

在介绍姿态板构成前首先要说明一下什么是姿态。此处的姿态源于飞行器姿态[3]，它着力描述的是研究对象体轴相对于地面的角位置，通常用偏航角、俯仰角与横滚角三个角度表示。偏航角(yaw)，研究对象机体纵轴在水平面上的投影与该面上参数线之间的夹角；俯仰角(pitch)，研究对象机体纵轴与水平面的夹角；滚转角(roll)，研究对象对称平面与通过其机体纵轴的铅垂平面间的夹角。

为了更为形象的表述，本方案选用了欧拉角(Eulerian angles)描述姿态。……