基于MARG傳感器的車輛姿態(tài)測(cè)量算法的研究.pdf

1、航向姿態(tài)參考系統(tǒng)(Attitude and heading reference system，AHRS)是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的重要組成部分，同時(shí)也是自動(dòng)駕駛汽車、智能交通的關(guān)鍵技術(shù)?；贛ARG(Magnetic，Angular Rate，and Gravity)傳感器的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)由于其低成本、小體積等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注，它主要由基于MEMS(Micro ElectroMechanical System)的三軸陀螺儀，加速度計(jì)和磁強(qiáng)計(jì)構(gòu)成。

2、該系統(tǒng)有兩種解算姿態(tài)的途徑，一是基于陀螺儀測(cè)量的角速度進(jìn)行積分運(yùn)算，二是通過(guò)加速度計(jì)和磁強(qiáng)計(jì)信號(hào)直接計(jì)算獲得。前者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的積分運(yùn)算后會(huì)含有大量的累積誤差，后者雖不會(huì)產(chǎn)生積分誤差，但加速度計(jì)容易受到線性加速度干擾，磁強(qiáng)計(jì)易受到周圍環(huán)境的軟硬磁干擾，使姿態(tài)解算結(jié)果不準(zhǔn)確。而車輛在行駛過(guò)程中，線性加速度干擾時(shí)刻存在，如何減少線性加速度的干擾，是本文研究的主要問(wèn)題。此外，針對(duì)兩種測(cè)量信息的融合，實(shí)現(xiàn)更高精度的姿態(tài)測(cè)量，也是本文研究的主要問(wèn)題

3、。
　　針對(duì)載體車輛對(duì)磁強(qiáng)計(jì)的磁場(chǎng)干擾，使用橢球擬合法對(duì)磁強(qiáng)計(jì)進(jìn)行重新校準(zhǔn)。通過(guò)分析重力分量和線性加速度的頻域特性差異，設(shè)計(jì)巴特沃斯低通濾波器來(lái)濾除加速度計(jì)信號(hào)中高頻部分的線性加速度，并采用正反濾波法來(lái)解決低通濾波器的相位延時(shí)。使用里程計(jì)和陀螺儀，判斷車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)線性加速度的低頻分量的估計(jì)和剔除。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過(guò)上述處理后，線性加速度得到了有效地濾除，處理后的加速度計(jì)信號(hào)接近于真實(shí)的重力分量。
　　基于慣性導(dǎo)航

4、系統(tǒng)誤差方程設(shè)計(jì)卡爾曼濾波器，用于初始對(duì)準(zhǔn)以及姿態(tài)解算過(guò)程中的信息融合。根據(jù)不同的車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以及相應(yīng)的融合策略，觀測(cè)噪聲矩陣會(huì)做出相應(yīng)的調(diào)整。仿真實(shí)驗(yàn)表明，相較于傳統(tǒng)的判定方法，本文對(duì)車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的判別以及姿態(tài)解算更為準(zhǔn)確。
　　為了驗(yàn)證姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)在車輛運(yùn)動(dòng)時(shí)姿態(tài)解算的可行性與可靠性，進(jìn)行了動(dòng)態(tài)車載實(shí)驗(yàn)。相比于使用原始的加速度計(jì)和磁強(qiáng)計(jì)信號(hào)計(jì)算姿態(tài)角，使用本文方法估算的重力分量以及低通濾波后的磁強(qiáng)計(jì)信號(hào)解算的姿態(tài)具有更高的精