[發(fā)明專利]一種基于低成本多傳感器組合導(dǎo)航的優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810728806.0
• 申請日: 2018-07-05
• 公開（公告）號: CN108759845B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 裴海龍;陳宏潤
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種基于低成本多傳感器組合導(dǎo)航的優(yōu)化方法，其特征在于，所述的優(yōu)化方法包括下列步驟：

S1、根據(jù)飛行器機體振動水平設(shè)計相應(yīng)指標的Butterworth低通濾波器對IMU的三軸角速度w_b＝[p q r]^T和三軸加速度acc_b＝[a_x a_y a_z]^T進行濾波處理，降低高頻振動噪聲干擾，同時根據(jù)各個傳感器在飛行器機體相對于IMU的安裝位置對其進行相應(yīng)補償；

S2、建立7階四元數(shù)[q₀ q₁ q₂ q₃]^T、角速度偏置w_bias＝[b_p b_q b_r]^T的狀態(tài)方程，以濾波后三軸加速度acc_b＝[a_x a_y a_z]^T和磁力計解算出的航向角ψ作為觀測量，利用閉環(huán)式擴展卡爾曼濾波器得出四元數(shù)和角速度偏置，將得到四元數(shù)與IMU采集的加速度acc_b存入數(shù)據(jù)緩存區(qū)，為后續(xù)進行數(shù)據(jù)時間同步做準備；

S3、根據(jù)不同傳感器的時延特性建立數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，以IMU采集到三軸加速度acc_b的時間為基準進行時間同步，建立9階位置P＝[λ Φ h]^T、速度V＝[V_N V_E V_D]^T、加速度偏置為狀態(tài)量的閉環(huán)式擴展卡爾曼濾波器；

S4、利用互補濾波器將9階擴展卡爾曼濾波器的輸出與純IMU加速度信息經(jīng)過捷聯(lián)式慣導(dǎo)方程預(yù)測的結(jié)果進行時間同步融合補償，獲得當前時間精確的導(dǎo)航信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于低成本多傳感器組合導(dǎo)航的優(yōu)化方法，其特征在于，所述的步驟S1包括：

S11、傳感器數(shù)據(jù)濾波過程；

S12、傳感器測量補償過程。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于低成本多傳感器組合導(dǎo)航的優(yōu)化方法，其特征在于，所述的步驟S11、傳感器數(shù)據(jù)濾波過程如下：

S111、通過對采集IMU加速度數(shù)據(jù)進行離散快速傅里葉變換獲得頻譜圖，分析飛行器機體振動源的頻率大小與幅值大小；

S112、根據(jù)采樣頻率、帶寬頻率、振動源衰減幅度指標和滯后程度設(shè)計Butterworth低通濾波器，其中，Butterworth低通濾波器公式如下所示：

y(k)＝b₀x(k)+…+b_n-1x(k-n)-a₀y(k-1)-…-a_n-1y(k-n)

上式中，x(k-n)為n時刻前傳感器讀取的數(shù)據(jù)，y(k-n)為n時刻前Butterworth低通濾波器的輸出，b₀，...，b_n-1，a₀，...，a_n-1為濾波器的系數(shù)。