基于动量梯度下降法的姿态数据采集系统

朱延栓，戴晓强，兰 武，吴 伟，杨淦华

（江苏科技大学 电子信息学院，江苏 镇江 212003）

0 引言

面对世界人口飞增、土地资源紧缺和生态环境恶化，人类将目光逐渐转向了海洋。由于海洋中复杂的水下情况，水下机器人（Remotely Operated Vehicle，ROV）成为目前各国进行海洋资源探索与开发的有效工具。由于工作条件恶劣、周围环境复杂多变，水下机器人受到机械手以及水流等干扰因素的影响，且机械手的姿态、持重、载荷、水流等情况很难定量得出，故姿态解算的准确性和快速性直接决定着水下机器人执行任务过程中的稳定性和可靠性［1］。

由于机械陀螺仪及光纤陀螺仪等高精度惯性导航传感器价格昂贵、体积较大，因此在应用中大多利用微机电系统（MEMS）技术制造的加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器进行姿态检测。九轴原始数据由三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计提供，陀螺仪用来检测ROV 运动时的角速度，对其进行积分处理再经过坐标转换后可得到参考坐标系下的姿态角度，短时间内数据精确度高，但随着积分的存在，误差也随时间的增加而增大；加速度计检测ROV 运动的加速度信息，其静态性能良好，长时间工作不存在漂移现象，但是由于电机运动产生的噪声会使数据出现异常；磁力计检测ROV 周围的磁场信息，精确度高，但对周围磁场强度敏感，易受干扰［2-4］。通过多传感器数据融合后的解算信息，能够有效利用不同MEMS 器件之间的互补特性，稳定地、精确地反应参考坐标系下的ROV 姿态角，其结果胜于单个MEMS 器件的处理效果［5-9］。……