小型四旋翼无人机姿态测量系统研究

发布时间：2017-10-24 15:25

  本文关键词：小型四旋翼无人机姿态测量系统研究

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【摘要】：近年来,随着科学技术的进步,特别是微惯性传感器技术的发展,使得原本高、精、尖的无人机技术应用领域不断扩大,朝着民用领域不断发展。目前已经大量应用于边境巡逻、抗震救灾、核辐射探测、化学泄露调查、空中摄影、农业生产等领域。无人机姿态是无人机控制的基础,是导航的核心,对无人机稳定性飞行影响巨大。由于小型四旋翼无人机具有成本低、动态性能好、质量轻等优点,目前应用最为广泛。然而目前应用于小型四旋翼无人机的惯性传感器性能及精度都有待提高,单独使用某一个传感器并不能满足姿态测量的要求。陀螺仪对姿态变化极为敏感,能够在短时间里准确的测量角速率,但低成本的陀螺仪存在漂移,不能长时间进行姿态测量；加速度计虽然也可以进行姿态的测量,但其无法克服无人机加速飞所带来的干扰,并且单独使用加速度计不能测量航向,还需配合磁强计进行测量。为了能够准确的测量无人机姿态,本文所设计的姿态测量系统由陀螺仪、加速度计和磁强计及数据处理器组成。通过计算加速度计信任度,并利用卡尔曼滤波的方法和四元数算法对传感器测量值进行融合,实现对误差四元数的估计,从而得到姿态四元数,进而获得无人机的姿态角度。与此同时,根据实际的硬件条件,本文还研究了基于UD分解的扩展卡尔曼滤波算法,有效的克服了舍入误差对姿态测量系统的影响。实验结果表明,两种卡尔曼滤波能够在低动态的飞行环境中准确测量出无人机姿态角度,并且成功应用于小型四旋翼无人机姿态测量系统中。
【关键词】：卡尔曼滤波 四旋翼 姿态测量 四元数估计
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V279
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本文编号：1089369