Born to be proud
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2016

姿态测算原理

经过信号预处理(滤波、校准等),可得到精准传感器输出信号,进而为精确进行姿态测算提供保障。常用的载体姿态获取方法有:
(1)利用陀螺仪产生的角速度信号,积分求取三轴旋转角度,从而获得物体姿态变化,可用四元数表示;
(2)利用加速度计产生的重力加速度信号和磁力计产生的地磁信号,可分别得到载体航向家、横滚角及航向角,从而得到物体姿态;可通过转换以四元数表示;
(3)多个系统捷联组合进行姿态测算,如通过卡尔曼融合算法,将陀螺仪、加速度计和磁力计产生的信号进行合理融合,角速度信号对动态情况下的物体姿态测算优势明显,而加速度与磁力计可对角速度信号的测算进行不定时修正,从而实现传感器之间的互补,使姿态测算更加精确、更适用于各种环境。
由于陀螺仪存在零偏及长时间使用后信号漂移等现象,如利用第一种方法进行姿态测算,姿态误差会随时间的推移而不断增大,从而导致无法长期稳定的精确信号输出;加速度计及磁力计皆利用地球本身存在的稳定的外部因素产生输出信号,更容易获得物体的绝对姿态,然而在运动过程中,物体同样会产生加速度,对姿态测算造成干扰,而磁力计也易受磁性物质干扰,因此第二种方法适合物体本身运动幅度较小的情况,不利于在物体快速运动时的姿态测算,即动态性能不好。第三种方法对前两种方法进行融合,能够分别发挥两种方法的优势,虽然采用卡尔曼滤波等信息融合技术,增加了运算量,但能在各种运动情况下获取物体精确姿态,是目前捷联导航系统中最常用的姿态测算方法。