低成本动中通测控系统姿态估计算法的设计与实现

摘要

动中通在军用和民用领域中具有广阔的应用前景，低成本、低轮廓是当前动中通的发展趋势。论文以动中通低成本测控系统为研究对象，利用低成本动中通航向姿态估计算法，对航向姿态估计问题进行了深入地研究。主要研究内容包括以下几个方面：
　　（1）阐述了动中通的基本原理和组成，给出了动中通低成本测控系统的功能组成，给出了基于微机械速率陀螺、加速度计和GPS组合的航向姿态估计算法的框架结构。
　　（2）采用无航向角姿态更新算法，设计开关扩展卡尔曼算法（SEKF）融合陀螺和加速度计信息，抑制了机动加速度对加速度计测量值的影响，实现了载体姿态估计和陀螺零偏估计，得到了基于MIMU的姿态估计方法。用实测数据验证了算法的正确性和准确性。SEKF姿态估计算法能够有效的抑制非重力加速度的影响，准确估计车体俯仰角和横滚角。
　　（3）通过建立机动加速度模型，并利用GPS信息去除机动加速度在加速度计测量值中的作用，得到了不受机动加速度影响的加速度计测量值，结合陀螺信息实现了载体航向姿态估计和三轴陀螺零偏估计，完成了基于MIMU/GPS的航向姿态估计方法。用实测数据验证了算法的正确性和准确性。双卡尔曼航向姿态估计算法能够融合陀螺、加速度计和GPS信息，对载体航向姿态进行估计，航向角估计误差最大值小于0.3°；经改进后能抑制非重力加速度引起的误差，准确估计车体俯仰角和横滚角。
　　（4）研究了动中通中的阴影问题，给出了阴影判断流程，研究了非阴影状态和阴影状态下航向姿态估计在低成本动中通中的应用，推导了稳定波束指向的方法，结合航向姿态估计中的实验结果，给出了阴影后再捕获卫星时的搜索范围。

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第一章 绪 论

1.1课题研究背景及意义

1.2 国内外研究的历史与现状

1.3 论文研究内容及结构安排

第二章 动中通概述

2.1动中通原理及组成

2.2 低成本动中通测控系统

2.3 低成本动中通航向姿态估计算法

2.4 本章小结

第三章 基于MIMU的姿态估计方法

3.1 坐标系定义及姿态更新算法

3.2 传感器预处理

3.3 开关扩展卡尔曼滤波算法

3.4 基于SEKF的无航向姿态估计

3.5 仿真验证

3.6 本章小结

第四章 基于MIMU/GPS的航向姿态估计方法

4.1 机动加速度

4.2 双卡尔曼航向姿态估计算法

4.3 仿真验证

4.4 本章小结

第五章 低成本动中通测控系统设计与实现

5.1 测控系统的总体设计

5.2 样机软件模块的设计与实现

5.3总结

第六章 航姿估计算法行车实验验证

6.1 实验条件

6.2 基于SEKF的无航向姿态估计算法验证

6.3 双卡尔曼航向姿态估计算法验证及改进

6.4 本章小结

第七章 航向姿态估计算法在低成本动中通中的应用

7.1 阴影问题

7.2 非阴影状态姿态估计的应用

7.3 阴影状态姿态估计的应用

7.4 本章小结

第八章 结束语

致谢

参考文献

在学期间学术成果情况