基于准静态磁场检测的姿态解算方法

发布时间：2021-01-24 07:37

　　针对在多传感器数据融合过程中,当磁力计受到环境中非地磁磁场影响时姿态解算会出现误差这一问题,提出了一种新的准静态磁场检测方法。根据磁力计和陀螺仪计算得到的航向角的差异大小,来确定磁场是否处于准静态,从而决定下一步数据融合是否采用磁力计数据。实验表明:这种方法可以和现有的几种准静态磁场检测方法相互补充,能更好地识别干扰磁场,从而减少干扰磁场对姿态解算的影响,提高姿态解算的准确性。 

【文章来源】：传感器与微系统. 2020,39(07)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

地磁场示意图

实验过程是将惯性传感器静置不动，然后用一外部磁性物质(如螺丝刀)在惯性传感器附近做直线运动。这可以模拟物体在室内做直线运动，遇到环境中出现磁干扰时的情况。由于物体静置，理论上三个欧拉角应保持不变。从实验结果看出原始数据融合算法的三个欧拉角均受到干扰磁场的影响。其中，航向角的变化幅度最大，受到的影响最剧烈。而基于准静态磁场检测的数据融合方法得到的三个姿态角基本保持不变。

多传感器数据融合求解姿态的方法大致可以分为两类，一类基于互补滤波[7]，另一类基于卡尔曼滤波。互补滤波的计算过程便于准静态磁场检测模块的嵌入，所以本文采用互补滤波融合数据。姿态解算系统结构如图1。首先，使用陀螺仪、磁力计、加速度数据求得两个航向角。然后，根据航向角差异、磁场强度等因素判断磁场准静态情况。由磁场准静态情况，决定梯度下降法求四元数的过程中是否采用磁力计数据。最后，将梯度下降法求得的四元数和微分方程求得的四元数通过互补滤波，得到系统最终的姿态。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于梯度下降的自适应姿态融合算法[J]. 陈卓,任久春,朱谦.  传感器与微系统. 2019(03)
[2]自适应混合滤波算法的实现[J]. 王昭赫,张书敏,曹大平.  信息技术. 2018(09)
[3]基于多传感器数据融合的姿态控制与应用[J]. 刘明亮,崔宇佳,张一迪,林海静,陆起涌.  微电子学与计算机. 2017(07)
[4]基于地磁辅助的室内行人定位航向校正方法[J]. 马明,宋千,李杨寰,谷阳,周智敏.  电子与信息学报. 2017(03)
[5]基于梯度下降法和互补滤波的航向姿态参考系统[J]. 陈亮,杨柳庆,肖前贵.  电子设计工程. 2016(24)
[6]姿态解算的抗干扰算法[J]. 王国交,蔚承英,李玲霞.  计算机与数字工程. 2016(05)
[7]基于足绑式INS的行人导航三轴磁强计在线校准[J]. 张新喜,张嵘,郭美凤,程高峰,牛树来.  清华大学学报(自然科学版). 2016(02)
[8]一种数字磁罗盘的航向误差校正方法[J]. 王宇,吴志强,朱欣华.  自动化仪表. 2013(12)
[9]基于互补滤波器的四旋翼飞行器姿态解算[J]. 梁延德,程敏,何福本,李航.  传感器与微系统. 2011(11)



本文编号：2996862