低成本无人机姿态解算研究

马 敏，许中冲，常辰飞

(中国民航大学 航空自动化学院，天津 300300)



低成本无人机姿态解算研究

马 敏，许中冲，常辰飞

(中国民航大学 航空自动化学院，天津 300300)

针对小型四旋翼无人机姿态解算数据精度低、缺少余度控制、易发散等问题，提出一种基于GPS、三轴陀螺仪加速度计、三轴磁力计的随机加权自适应滤波算法估计无人机姿态；建立四旋翼无人机姿态旋转矩阵，搭建加速度计和磁力计获取无人机姿态信息的模型，以及采用四元数解算法的陀螺仪定姿解算模型;采用随机加权自适应估计法，依据多元函数求极值定理，在保证总体均方差最小的情况下导出最优随机加权因子，进而解算出姿态角信息，提高四旋翼无人机姿态解算滤波精度与稳定性;仿真与试验结果表明：随机加权自适应滤波与平均值滤波算法相比解算精度更高，输出结果更平稳，且无人机各项预期功能均能正常实现，能够满足四旋翼无人机自主飞行的需要。

姿态解算;多传感器数据融合;随机加权;无人机

0 引言

四旋翼无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)可以实现倒飞、急转弯等机动飞行特点具有很广阔的应用前景，是当前各大科研单位的研究热点[1-2]。姿态信息的精度与可靠性是实现无人机自主飞行的前提条件，随着科学技术的快速发展，飞行器定姿理论和技术取得了显著进步[3]。

目前，常用的定姿传感器有陀螺仪、磁力计、GPS等。但陀螺仪易产生温漂、磁力计易受外部磁场干扰等，因此单个传感器很难得到相对准确的姿态角信息[4]。……