空中平台航姿参考系统的设计.pdfVIP

第12卷第2期 中国惯性技术学报 2004年4月 文章编号：1005—6734(2004)02—0047—06 空中平台航姿参考系统的设计 张静，金志华 (上海交通大学仪器工程系，上海 200030) 摘要：利用观测矢量确定载体姿态的原理，依据空中平台的动态要求，确定了航姿参考系统的 构成。通过建立姿态误差四元数微分方程，对卡尔曼滤波器在线估计组合航姿系统姿态误差进 行了设计，并将建立的传感器测量误差模型加入到滤波模型中。仿真表明，这样组成的航姿参 考系统，在传感器测量精度有限的情况下，能在摇摆基座E达到水平姿态精度0．2。，航向精度0．5。 关 键 词：航姿参考系统；观测向量；空中平台；卡尔曼滤波器 中图分类号：U666．1 文献标识码：A Design of Attitude Heading Reference System for Aerial Platform ZHANG Jing，JIN Zhi—hua (Dept．of Instrument Engineering，Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 20003 0，China) Abstract：Based on the theory of vector observation for attitude determination，this paper deals with the application of vector observation method in attitude heading reference system fAHRS1 of a high—altitude platform．Atier determining the construction of the sensor system．it establishes the quaternion error model of attitude．The Kalman filter is used to estimate the attitude error,along with the sensor stochastic characteristics．Simulation demonstrates that this AHRS can achieve a higher accuracy Of 0．2。tilt and 0．5。heading on rotation base although the accuracy of sensors is modest． Key words：attitude heading reference system；vector observation；Kalman filter；aerial platform 1 引 言 在航天器的姿态确定系统中，通常采用太阳敏感器、地平仪等复杂、昂贵的仪器仪表，而发展成本 低、重量轻、供电电源简单的飞行器航姿系统日益受到关注。随着器件技术的改进，可用于姿态确定的 微小传感器和测试系统不断推出，如 GPS多基线测姿系统、数字磁罗盘、微陀螺、微加速度计等。由 它们构成测姿系统可满足一些微小航天器测姿系统对尺寸、重量等特性要求，具有较大的动态测试范围， 并且具有较好的姿态测量精度。 在不同的应用场合下，姿态确定系统的构成是不一样的。文献[1]采用GPS载波相位观测量精确确 定两条基线在空间中的矢量关系，然后用相对转动的方法来确定三个欧拉角；文献[2]则利用速率陀螺 辅助并采用观测矢量的方法来确定运动载体姿态；在文献[3]中提出用两个倾斜仪和单基线GPS接收机 收稿日期：2003—12-27 作者简介：张静 (1974一)，女，上海交通人学博．L研究生，从事导航定位及GPS测姿技术研究。 48 中 惯性技术学报 2004年4月 来构成姿态确