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电子罗盘中磁场测量系与重力场测量系之间关系的研究

作　者: 李怀昆
导　师: 温强
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 光学工程
关键词: 捷联电子罗盘坐标转换参数估计反演法卡尔曼滤波
分类号: TM937
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 209次
引　用: 3次
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内容摘要

为了解决舰船之间激光、红外通信或者卫星接收装置对姿态的要求，电子罗盘被用来为它们提供姿态信息。捷联式电子罗盘是一种利用地球磁场测量方向的系统，它是一个双三轴传感器测量系统。随着应用领域的拓宽和技术的发展，对罗盘的精度要求越来越高，而在现有磁阻式罗盘硬件确定的条件下，要提高罗盘的精度，就要对两个传感器进行配准和对姿态信息进行优化。本文运用反演算法对捷联式电子罗盘进行配准标定，用卡尔曼滤波方法对姿态信息进行最优化处理。首先，对两传感器的空间关系进行研究，通过坐标旋转的方法，把两传感器测量的磁场和倾斜信息统一到同一个坐标标准下，以此建立两个传感器测量坐标系的空间关系模型，然后，运用参数反演算法对这个误差模型的参数进行估计，用估计出来的误差模型参数加入航向角的解算方程中对航向进行修正，最后，运用卡尔曼滤波的方法对电子罗盘的航向姿态进行最优估计，以此获得更高的精度。实验仿真结果表明，在一定的噪声水平下，用参数反演算法对罗盘传感器误差模型参数的估计，收敛速度快、精度高，以此误差模型和卡尔曼滤波对航向进行修正和姿态估计，效果明显，提高了罗盘的精度。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-13
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
  1.3 本课题研究目标  12-13
第2章捷联式电子罗盘的数学模型  13-26
  2.1 捷联式电子罗盘的导航原理  13-14
  2.2 坐标转换原理  14-18
    2.2.1 坐标系定义  14
    2.2.2 空间坐标转换  14-18
  2.3 电子罗盘的姿态  18-22
    2.3.1 运动物体处于水平状态下的航姿  18-20
    2.3.2 运动物体处于倾斜状态下的航姿  20-22
  2.4 磁场测量坐标系与重力场测量坐标系的空间关系  22-25
  2.5 本章小结  25-26
第3章双三轴测量系间角度关系建模和仿真研究  26-54
  3.1 系统建模和辨识方法  26
  3.2 模型辨识的最小二乘法  26-31
    3.2.1 最小二乘原理  27-28
    3.2.2 模型辨识的最小二乘算法实现  28-31
    3.2.3 选择迭代方法与分析  31
  3.3 模型辨识的反演法  31-37
    3.3.1 模型辨识的反演算法实现  31-33
    3.3.2 反演算法证明  33-37
  3.4 实验仿真与数据分析  37-53
    3.4.1 修正前后罗盘输出航向角对比  37-39
    3.4.2 模型辨识的最小二乘算法实验仿真  39-45
    3.4.3 模型辨识的反演算法实验仿真  45-53
  3.5 本章小结  53-54
第4章基于卡尔曼滤波的电子罗盘姿态估计仿真  54-69
  4.1 引言  54-55
  4.2 卡尔曼滤波  55-62
    4.2.1 离散卡尔曼滤波器  55-56
    4.2.2 卡尔曼滤波的方法  56-59
    4.2.3 非线性卡尔曼滤波  59-62
  4.3 电子罗盘卡尔曼滤波模型  62-68
    4.3.1 估计滤波计算  65
    4.3.2 仿真结果与分析  65-68
  4.4 本章小结  68-69
结论  69-71
参考文献  71-75
攻读硕士学位期间发表论文和取得的科研成果  75-76
致谢  76

电子罗盘中磁场测量系与重力场测量系之间关系的研究

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