多传感器互补滤波器数据融合算法设计

马 龙，代超璠，周 航，裴 昕，黄 超，苏志刚

(中国民航大学 中欧航空工程师学院，天津 300300)

0 引 言

多传感器姿态测量系统是利用多个传感器的信息测量载体姿态的设备，输出载体相对于导航坐标系的角位置信息，包含横滚角、俯仰角及航向角[1]。姿态角作为导航中不可或缺的重要信息，是保证载体运行安全的重要参数[2]。近年来，姿态测量系统多以多传感器组合方式实现，组成多传感器姿态测量系统，其姿态解算的关键技术为数据融合技术。

基于MEMS的传感器具有可靠性高、小体积、低成本和高集成度等特点[6-10]，随着MEMS技术的迅速发展，MEMS传感器的精度不断提高，其在多传感器组合方面的应用也随之不断增加[11-13]。同时，FPGA以其高逻辑集成度和内嵌高性能硬件模块的优势弥补了单处理器系统在姿态测量系统中复杂度太高且计算能力不足的缺点，并且FPGA的强大的并行处理能力，使得多传感器的数据融合得以实现[14]。利用惯性传感器测量载体姿态存在诸多不足之处，如仅由陀螺仪构成的姿态测量系统虽然动态性能良好，但是其累计误差不符合长时间导航要求[15]；而加速度计通过重力加速度来解算载体的姿态角要求载体处于静止或者匀速直线运动状态；此外，电子罗盘易受当地磁场的干扰，其输出的精确性不能得到有效保证[16]。其次，国内外在互补滤波器的研究方面，对于两种不同传感器数据融合颇为注重[17]，致使多传感器数据资源没有得到充分的利用，此外，多用陀螺仪辅助磁罗盘完成故障检测[18]，并且对陀螺仪的精度要求较高。……