基于加速度修正模型的无人机姿态解算算法

刘旭航, 刘小雄, 章卫国, 杨跃

(西北工业大学 自动化学院, 陕西 西安 710129)

稳定的姿态角输出是无人机完成飞行任务的前提[1]，局限于无人机的成本和体积，目前低成本无人机采用由微机电系统(micro-electromechanical system,MEMS)传感器构成的导航系统获得姿态信息[2]，由于低成本传感器性能的限制以及以互补滤波为代表的常规姿态解算算法对非重力加速度的敏感性[3]，动态环境下，无人机导航系统输出的姿态角与实际的姿态角相比有很大误差。因此，如何利用低成本传感器，实现稳定可靠的姿态输出是无人机导航领域的一个研究热点[4]。

针对导航系统中低成本传感器噪声较大和易受干扰等问题，文献[5]使用方向余弦矩阵更新姿态，根据陀螺仪和辅助传感器的噪声所处频段互补的特点，应用互补滤波进行信息融合，提升系统的姿态和测量精度，但文献[5]中的方法不适用于存在非重力加速度的动态环境中。文献[6]在互补滤波的基础上，设计非重力加速度抑制函数，利用加速度计与陀螺仪数据对非重力加速度进行抑制，该算法对非重力加速度的抗干扰能力优于互补滤波，但并没有对实现非重力加速度的精确估计。文献[7]在水下航行器中应用扩展卡尔曼滤波算法获得姿态信息，分别采用了全球定位系统(global positioning system,GPS)和多普勒计程仪(doppler velocity log,DVL)输出的速度信息减弱非重力加速度对姿态解算的影响，该算法在存在外部干扰的情况下可以准确估计水下航行器的姿态和航向，但在无人机上还缺乏应用案例。……