UKF在基于修正罗德里格参数的飞行器姿态确定中的应用 被引量：11

1

作者 张红梅 邓正隆 高玉凯 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期164-167,共4页

UKF是一种新的非线性滤波方法,在状态的时间更新阶段直接使用非线性模型,不引入线性化误差,而且不必计算Jacobi矩阵,相对于扩展卡尔曼滤波(EKF)不仅能提高滤波精度,而且更容易实现。修正的罗德里格参数(MRPs)是一种飞行器姿态参数,相对... UKF是一种新的非线性滤波方法,在状态的时间更新阶段直接使用非线性模型,不引入线性化误差,而且不必计算Jacobi矩阵,相对于扩展卡尔曼滤波(EKF)不仅能提高滤波精度,而且更容易实现。修正的罗德里格参数(MRPs)是一种飞行器姿态参数,相对于四元数姿态参数,用MRPs表示飞行器的姿态时,状态误差方差不会产生奇异性,并且能在一定程度上减小估计的计算量。本文针对MRPs表示的无陀螺飞行器姿态系统,利用UKF设计了姿态估计器,并通过仿真验证了算法的有效性。 展开更多

关键词 UKF 姿态确定 修正的罗德里格参数

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利用修正罗德里格参数进行飞行器姿态估计 被引量：11

2

作者 程杨 杨涤 崔祜涛 《飞行力学》 CSCD 2002年第4期18-21,26,共5页

给出了一种利用修正罗德里格参数 (Modified Rodrigues Parameters)进行姿态估计的算法。该算法用于利用矢量观测的无陀螺姿态和姿态角速度的确定 ,采用切换方法处理了修正罗德里格参数的奇异性问题 ,修正罗德里格参数的误差定义为从估... 给出了一种利用修正罗德里格参数 (Modified Rodrigues Parameters)进行姿态估计的算法。该算法用于利用矢量观测的无陀螺姿态和姿态角速度的确定 ,采用切换方法处理了修正罗德里格参数的奇异性问题 ,修正罗德里格参数的误差定义为从估计姿态到真实姿态的旋转。根据姿态误差运动方程 ,用扩展卡尔曼滤波方法设计了姿态和姿态角速度估计器 ,用数值算例验证了算法的可行性。 展开更多

关键词 飞行器 姿态 估计 修正罗德里格参数 扩展卡尔曼滤波 马尔可夫过程

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修正型罗德里格参数姿态算法研究 被引量：3

3

作者 赵长山 秦永元 +1 位作者 贾继超 郭林峰 《测控技术》 CSCD 北大核心 2009年第9期91-94,共4页

阐述了修正型罗德里格参数(modified Rodrigues parameters)与等效旋转矢量的关系。提出了通过等效旋转矢量调整避免修正型罗德里格参数奇异性的方法。推导了采用修正型罗德里格参数的姿态更新算法。通过仿真和实验对比分析了分别采用... 阐述了修正型罗德里格参数(modified Rodrigues parameters)与等效旋转矢量的关系。提出了通过等效旋转矢量调整避免修正型罗德里格参数奇异性的方法。推导了采用修正型罗德里格参数的姿态更新算法。通过仿真和实验对比分析了分别采用修正型罗德里格参数和四元数的计算量和计算精度。结果表明,修正型罗德里格参数法与四元数法相比在不损失计算精度的前提下减小了计算量。 展开更多

关键词 修正型罗德里格参数 四元数 奇异性 计算量

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基于UPF的修正罗德里格参数卫星姿态估计 被引量：2

4

作者 牟忠凯 隋立芬 黄贤源 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2009年第6期45-51,共7页

粒子滤波(PF)在卫星姿态估计中解决了非高斯分布的情况,在粒子滤波的基础上,利用修正罗德里格参数(MRPs)表示姿态,用动力学方程进行角速率的传播,提出将采样粒子滤波(UPF)算法应用到基于MRPs的卫星姿态估计中,该方法通过UKF得到粒子滤... 粒子滤波(PF)在卫星姿态估计中解决了非高斯分布的情况,在粒子滤波的基础上,利用修正罗德里格参数(MRPs)表示姿态,用动力学方程进行角速率的传播,提出将采样粒子滤波(UPF)算法应用到基于MRPs的卫星姿态估计中,该方法通过UKF得到粒子滤波的重要性采样函数,更充分地利用了最新的量测信息。仿真结果表明,这种基于UPF的姿态估计方法能够获得比UKF和标准PF更高的滤波精度,并且具有更好的滤波稳定性。 展开更多

关键词 采样粒子滤波 姿态确定 修正罗德里格参数 卫星

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无陀螺下基于修正罗德里格参数的星体姿态确定 被引量：3

5

作者 杨小会 秦永元 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2006年第6期56-61,68,共7页

介绍了修正罗德里格参数(MRP),分析比较了姿态表示参数修正罗德里格参数和四元数的算法特点。通过仿真计算,比较了当卫星受一阶马尔柯夫干扰力矩作用和CCD星敏感器为唯一星载角运动传感器时,分别用修正罗德里格参数和四元数作为姿态表... 介绍了修正罗德里格参数(MRP),分析比较了姿态表示参数修正罗德里格参数和四元数的算法特点。通过仿真计算,比较了当卫星受一阶马尔柯夫干扰力矩作用和CCD星敏感器为唯一星载角运动传感器时,分别用修正罗德里格参数和四元数作为姿态表示参数,采用UKF(Unscented Kalman Filter)估计卫星航向、姿态及相应角速率的滤波效果。结果表明,用修正罗德里格参数法的姿态解算精度比用四元数法的姿态解算精度高,且计算效率明显优于四元数算法,计算量仅相当于四元数算法的一半,这是由于四元数的规范化条件(即模值为1),在姿态确定中会导致误差协方差阵奇异,而修正罗德里格参数虽然不是全局非奇异的,但是可以通过切换方法解决奇异性问题。 展开更多

关键词 修正罗德里格参数 电荷耦合器件敏感器 姿态 航天器

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修正型罗德里格斯参数在旋转弹上的应用(英文) 被引量：1

6

作者 余建 高爽 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第12期1766-1772,共7页

光纤陀螺可应用于旋转弹导航上,以提高其精确打击能力。基于光纤陀螺的捷联惯性导航系统是实现这一目的的重要手段之一。其中,姿态更新算法是捷联惯性导航系统的核心。针对旋转弹短时、近程的特点,提出一种基于修正型罗德里格斯参数的... 光纤陀螺可应用于旋转弹导航上,以提高其精确打击能力。基于光纤陀螺的捷联惯性导航系统是实现这一目的的重要手段之一。其中,姿态更新算法是捷联惯性导航系统的核心。针对旋转弹短时、近程的特点,提出一种基于修正型罗德里格斯参数的全姿态更新算法,并给出适合旋转弹姿态确定的数学模型。仿真结果表明与传统姿态更新算法相比较,新算法可以更有效的抑制不可交换误差,降低跟随时间的累积误差,减少高动态环境下的计算量,提高算法结算的速度和精度。 展开更多

关键词 光纤陀螺 旋转弹 修正型罗德里格斯参数 姿态更新算法

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基于修正罗德里格参数的小卫星SSUKF姿态确定 被引量：1

7

作者 郭云飞 吴庆宪 姜长生 《上海航天》 北大核心 2008年第6期12-15,28,共5页

用无陀螺的三轴稳定偏置动量小卫星三轴磁强计和太阳敏感器获得观测矢量,提出了一种基于超球面分布采样Unscented变换滤波(SSUKF)和修正罗德里格参数(MRPs)的姿态估计方法,给出了算法模型。SSUKF在保证滤波性能的基础上减少了采样点个数... 用无陀螺的三轴稳定偏置动量小卫星三轴磁强计和太阳敏感器获得观测矢量,提出了一种基于超球面分布采样Unscented变换滤波(SSUKF)和修正罗德里格参数(MRPs)的姿态估计方法,给出了算法模型。SSUKF在保证滤波性能的基础上减少了采样点个数,减轻了星载计算机的负载;用MRPs描述小卫星姿态大幅减少了计算量。某小卫星的仿真结果表明:算法兼顾了精度、收敛速度和鲁棒性,且提高了计算效率,适于小卫星。 展开更多

关键词 小卫星 动量偏置 姿态估计 超球面分布采样Unscented变换滤波算法 修正罗德里格参数

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基于修正型罗德里格斯参数的三维刚体摆姿态控制 被引量：1

8

作者 田鑫 戈新生 《力学与实践》 北大核心 2015年第3期361-366,共6页

3D刚体摆是研究地球静止轨道航天器的一个力学简化模型,它绕一个固定、无摩擦的支点旋转,具有3个转动自由度.文章给出基于修正型罗德里格斯(Rodrigues)参数描述的3D刚体摆的姿态动力学方程,针对3D刚体摆姿态和角速度稳定的非线性控制设... 3D刚体摆是研究地球静止轨道航天器的一个力学简化模型,它绕一个固定、无摩擦的支点旋转,具有3个转动自由度.文章给出基于修正型罗德里格斯(Rodrigues)参数描述的3D刚体摆的姿态动力学方程,针对3D刚体摆姿态和角速度稳定的非线性控制设计问题,基于无源性控制理论利用能量法设计了3D刚体摆的系统控制器,并证明了系统满足无源性.构造了系统的李雅普诺夫(Lyapunov)函数,利用能量法设计出3D刚体摆的姿态控制律,并由拉萨尔(La Salle)不变集原理证明了该控制律的渐近稳定性.仿真实验给出了3D刚体摆在倒立平衡位置的姿态和角速度的渐近稳定性,仿真实验结果表明基于能量方法的3D刚体摆姿态控制是有效的. 展开更多

关键词 3D刚体摆 姿态控制 修正型罗德里格斯参数 无源性 能量方法

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基于UKF与修正罗德里格参数的GPS/陀螺组合姿态确定

9

作者 覃超 刘向东 靳永强 《上海航天》 北大核心 2008年第4期1-5,共5页

提出了一种用于GPS/陀螺组合姿态确定的Unscented卡尔曼滤波(UKF)方法。采用姿态的修正罗德里格参数(MRPs)表示法,以消除状态误差方差阵的奇异性,建立了GPS/陀螺组合姿态估计系统的模型。仿真结果表明:与基于扩展卡尔曼滤波(EKF)相比,UK... 提出了一种用于GPS/陀螺组合姿态确定的Unscented卡尔曼滤波(UKF)方法。采用姿态的修正罗德里格参数(MRPs)表示法,以消除状态误差方差阵的奇异性,建立了GPS/陀螺组合姿态估计系统的模型。仿真结果表明:与基于扩展卡尔曼滤波(EKF)相比,UKF的收敛速度更快、精度更高,且不同滤波器初值对稳态精度的影响较小。 展开更多

关键词 GPS/陀螺组合 姿态确定 UKF 扩展卡尔曼滤波 修正罗德里格参数 蒙特卡罗仿真

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基于修正罗德里格参数的绳系卫星动力学模型

10

作者 唐溢敏 战兴群 《航天控制》 CSCD 北大核心 2019年第4期20-26,共7页

针对基于欧拉角的绳系卫星动力学系统模型在面外角的余弦函数为0时,面内角变得不稳定的奇点问题,提出一种基于修正的罗德里格参数和其阴影相结合的绳系卫星系统动力学模型。在证明了其在消除奇点问题可行性的基础上,进行了仿真,实验结... 针对基于欧拉角的绳系卫星动力学系统模型在面外角的余弦函数为0时,面内角变得不稳定的奇点问题,提出一种基于修正的罗德里格参数和其阴影相结合的绳系卫星系统动力学模型。在证明了其在消除奇点问题可行性的基础上,进行了仿真,实验结果表明该模型在消除奇点的优势下,修正的罗德里格参数及其阴影的非连续性转换并不会影响到欧拉角的连续性变化和表示,具有全局性。 展开更多

关键词 绳系卫星 动力学模型 修正的罗德里格参数 奇点消除

原文传递

基于MRPs/NPUPF的地磁/加速度计测量的姿态估计新方法 被引量：2

11

作者 郭庆 魏瑞轩 +1 位作者 许洁 胡明朗 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第2期336-342,共7页

针对现有基于地磁/加速度计的姿态估计算法存在状态误差协方差阵的奇异值和需要准确已知当地地磁矢量的问题,提出了一种新的姿态估计基本方法。该方法采用修正罗德里格参数(MRPs)表示系统动态,消除了采用四元数法导致的状态误差协方差... 针对现有基于地磁/加速度计的姿态估计算法存在状态误差协方差阵的奇异值和需要准确已知当地地磁矢量的问题,提出了一种新的姿态估计基本方法。该方法采用修正罗德里格参数(MRPs)表示系统动态,消除了采用四元数法导致的状态误差协方差阵的奇异值问题;根据地磁场缓变的特性,将地磁矢量作为平稳过程加入到状态变量中,使得姿态估计不再需要准确已知当地地磁矢量。针对大初始误差和有色噪声对基本方法的影响,通过引入模型误差预测(NPF)和无迹粒子滤波(UPF)方法对其进行改进,提出了基于模型预测无迹粒子滤波(NP-UPF)的地磁/加速度计的姿态估计新方法。仿真结果表明,NPUPF方法可在大初始误差和非高斯条件下实现高精度的姿态估计,提高了基于地磁/加速度计的姿态估计方法的可靠性和实用性。 展开更多

关键词 姿态估计 修正罗德里格参数 地磁 模型误差预测 无迹粒子滤波 模型预测无迹粒子滤波

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基于MRPs无陀螺卫星姿态确定的抗差估计算法 被引量：1

12

作者 牟忠凯 隋立芬 曹轶之 《大地测量与地球动力学》 CSCD 北大核心 2010年第1期104-108,共5页

针对精确航天器姿态问题,采用修正罗德里格参数(MRPs)表示姿态,用动力学方程进行角速率的传播,分别基于等价协方差和观测残差统计特性的协方差调整方法,实现UKF算法的抗差效果,并通过仿真验证该方法的有效性。仿真结果表明:在含有粗差... 针对精确航天器姿态问题,采用修正罗德里格参数(MRPs)表示姿态,用动力学方程进行角速率的传播,分别基于等价协方差和观测残差统计特性的协方差调整方法,实现UKF算法的抗差效果,并通过仿真验证该方法的有效性。仿真结果表明:在含有粗差的情况下,两种抗差UKF算法均能得到稳定的状态估计值,而第二种方法计算效率更高。 展开更多

关键词 姿态确定 抗差UKF 修正罗德里格参数(mrps) 等价协方差矩阵 粗差

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基于MRPs估计航天器姿态的IUKF算法及改进 被引量：3

13

作者 牟忠凯 隋立芬 +1 位作者 范澎湃 张清华 《测绘科学技术学报》 北大核心 2009年第4期250-253,共4页

航天器姿态确定的模型具有严重的非线性性。而采样卡尔曼滤波(UKF)通过采用一组确定性采样得到的Sigma点比扩展卡尔曼滤波(EKF)能够更准确地近似初始分布,使滤波在不准确的初始条件下更快地收敛。利用修正罗德里格参数(MRPs)表示姿态,... 航天器姿态确定的模型具有严重的非线性性。而采样卡尔曼滤波(UKF)通过采用一组确定性采样得到的Sigma点比扩展卡尔曼滤波(EKF)能够更准确地近似初始分布,使滤波在不准确的初始条件下更快地收敛。利用修正罗德里格参数(MRPs)表示姿态,用动力学方程进行角速率的传播,利用UKF的改进算法迭代采样卡尔曼滤波(IUKF)对航天器的姿态进行估计。在分析IUKF性能的基础上进一步对IUKF算法作了改进,通过仿真算例将3种方法进行了比较。结果表明:IUKF及改进IUKF算法姿态参数的滤波精度比UKF更高,同时改进IUKF算法比IUKF的滤波能更快趋于稳定。 展开更多

关键词 采样卡尔曼滤波 迭代采样卡尔曼滤波 修正罗德里格参数 航天器 姿态确定

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基于MRPs两种误差模型的卫星姿态确定方法研究 被引量：1

14

作者 赵琳 黄晨 +1 位作者 丁继成 许兆新 《计算机测量与控制》 CSCD 北大核心 2011年第8期1972-1975,1979,共5页

罗德里格参数和修正罗德里格参数是用于描述卫星姿态运动的最小表示法,计算量小,精度高;以修正罗德里格参数为工具研究了卫星姿态确定中的误差估计问题,建立了乘性和加性修正罗德里格参数误差模型,并将这两种误差模型应用到"星敏感... 罗德里格参数和修正罗德里格参数是用于描述卫星姿态运动的最小表示法,计算量小,精度高;以修正罗德里格参数为工具研究了卫星姿态确定中的误差估计问题,建立了乘性和加性修正罗德里格参数误差模型,并将这两种误差模型应用到"星敏感器+陀螺仪"组合模式下,采用EKF算法估计卫星姿态,建立误差状态方程和观测方程;仿真结果表明,基于AMRPs和MMRPs姿态角估计误差均达到10-2°级别以内,基于MMRPs误差模型的估计精度高于AMRPs,且计算更为简便,收敛效果更好。 展开更多

关键词 修正罗德里格参数 乘性 加性 扩展卡尔曼滤波

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基于MRPs的改进SRUKF姿态估计算法

15

作者 肖文健 路平 《电光与控制》 北大核心 2013年第11期52-55,共4页

针对四元数在飞行器姿态描述时存在冗余的问题,设计了把修正罗德里格参数(MRPs)作为描述姿态的一种全姿态描述方法,将加速度计和磁强计作为观测量,提出了基于平方根无迹卡尔曼滤波器(SRUKF)的姿态估计算法,针对外界环境对加速度计和磁... 针对四元数在飞行器姿态描述时存在冗余的问题,设计了把修正罗德里格参数(MRPs)作为描述姿态的一种全姿态描述方法,将加速度计和磁强计作为观测量,提出了基于平方根无迹卡尔曼滤波器(SRUKF)的姿态估计算法,针对外界环境对加速度计和磁强计的干扰问题,将专家系统引入SRUKF算法中,根据加速度及磁场信息实时调整滤波器的量测噪声矩阵,有效地提高了算法的抗干扰性。实验结果表明,该算法成功使系统的静态精度姿态角小于0.05°,航向角小于0.1°;动态精度姿态角小于0.5°,航向角小于1°,优化效果得到了明显改善。 展开更多

关键词 修正罗德里格参数 平方根无迹卡尔曼滤波 姿态估计 专家系统

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基于姿态参数切换的四元数快速传递对准算法

16

作者 周卫东 吉宇人 乔相伟 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第12期72-77,共6页

针对快速传递对准过程中的大失准角情况,在建立非线性四元数误差模型的基础上,对利用姿态参数转换的四元数无迹卡尔曼滤波(QUKF)进行研究。通过四元数和修正罗德里格斯参数间的相互转换关系对四元数加权求和公式进行推导,使计算更为直... 针对快速传递对准过程中的大失准角情况,在建立非线性四元数误差模型的基础上,对利用姿态参数转换的四元数无迹卡尔曼滤波(QUKF)进行研究。通过四元数和修正罗德里格斯参数间的相互转换关系对四元数加权求和公式进行推导,使计算更为直观。针对扰动sigma点中四元数部分的规范性问题,通过先计算sigma点得到其向量部分,再利用单位化约束得到标量部分的方法进行解决,并在此基础上对含有姿态四元数的误差方差阵进行推导并给出相应公式。仿真结果表明,该算法对大失准角的估计准确度和快速性可以满足传递对准的要求。 展开更多

关键词 快速传递对准 修正罗德里格斯参数 四元数 无迹卡尔曼滤波 规范性

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基于MRP的航天器无角速度姿态控制算法

17

作者 陆智俊 吴敬玉 《上海航天》 2013年第2期13-16,21,共5页

对适于不携带惯组的小型航天器的姿态控制律设计进行了研究。考虑航天器实际运行中饱和广泛存在,在控制器设计中引入饱和特性函数,为改进饱和阀限引入双曲余弦函数。用一阶无源滤波器对姿态参数进行差分,提出了基于修正罗德里格参数(MRP... 对适于不携带惯组的小型航天器的姿态控制律设计进行了研究。考虑航天器实际运行中饱和广泛存在,在控制器设计中引入饱和特性函数,为改进饱和阀限引入双曲余弦函数。用一阶无源滤波器对姿态参数进行差分,提出了基于修正罗德里格参数(MRP)的采用饱和函数和双曲余弦函数的无角速度控制律。理论分析证明了系统的稳定性,数学仿真结果验证了这两种无角速度反馈控制律的有效性。提出的控制方法也可作为普通航天器惯组失效时的备份控制律。 展开更多

关键词 卫星姿态控制 无角速度测量 无源滤波器 修正罗德里格参数

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基于反步法的主从航天器相对姿态控制 被引量：8

18

作者 马广富 张海博 胡庆雷 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期797-802,共6页

对主从航天器的相对姿态控制问题,考虑从航天器系统不确定因素,提出了一种基于反步法的姿态控制方法,并引入自适应控制律.该方法首先根据主从航天器的相对位置信息,解算出从航天器观测轴指向主航天器以及从航天器跟踪主航天器轨道坐标... 对主从航天器的相对姿态控制问题,考虑从航天器系统不确定因素,提出了一种基于反步法的姿态控制方法,并引入自适应控制律.该方法首先根据主从航天器的相对位置信息,解算出从航天器观测轴指向主航天器以及从航天器跟踪主航天器轨道坐标系等两种任务的期望姿态;然后基于修正罗德里格参数(MRP)描述的从航天器姿态误差动力学模型设计了姿态控制器以及针对航天器惯量的不确定性设计了自适应控制律;并基于Lyapunov方法从理论上证明了该方法能够实现全局渐近稳定的相对姿态控制.最后将该方法应用于某编队飞行任务,仿真结果表明此控制器能够实现其编队飞行控制,具有良好的控制性能. 展开更多

关键词 修正罗德里格参数(mrp) 反步法 自适应 指向控制 轨道系跟踪

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基于低成本MEMS传感器的皮卫星融合定姿算法研究 被引量：9

19

作者 蒙涛 王昊 +1 位作者 金仲和 韩柯 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期1569-1573,1605,共6页

基于低成本低精度的MEMS陀螺、太阳敏感器、磁强计组合,设计了Unscented Kalman融合滤波算法。同时考虑到可能的故障模式,提出了仅依赖磁强计的备份滤波算法。在姿态参数选取上,采用修正罗德里德参数来描述卫星姿态,降低了滤波器的维数... 基于低成本低精度的MEMS陀螺、太阳敏感器、磁强计组合,设计了Unscented Kalman融合滤波算法。同时考虑到可能的故障模式,提出了仅依赖磁强计的备份滤波算法。在姿态参数选取上,采用修正罗德里德参数来描述卫星姿态,降低了滤波器的维数,避免了采用四元数时解算状态误差协方差参数的奇异。利用MEMS陀螺采集的随机噪声数据进行半物理仿真,仿真结果表明:该融合算法能有效对卫星姿态进行实时估计,在个别敏感器失效的情况下,同样能实现较高的精度,满足普通任务的要求。该算法具有工程实现意义,是对低精度MEMS敏感器在低成本皮卫星上应用的有益探索。 展开更多

关键词 皮卫星 姿态确定 UKF 修正罗德里格参数 MEMS陀螺

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一种面向机动的低成本姿态测量系统 被引量：20

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作者 徐玉 李平 韩波 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第10期2272-2275,共4页

载体作机动运动时,基于加速度计和磁传感器的姿态测量系统易受载体运动加速度的影响而导致测量精度降低.通过将GPS加速度引入重力观测方程,有效补偿了载体运动加速度造成的姿态测量误差.利用基于重力场和地磁场矢量观测的迭代最小二乘... 载体作机动运动时,基于加速度计和磁传感器的姿态测量系统易受载体运动加速度的影响而导致测量精度降低.通过将GPS加速度引入重力观测方程,有效补偿了载体运动加速度造成的姿态测量误差.利用基于重力场和地磁场矢量观测的迭代最小二乘姿态确定算法得到修正罗德里格姿态参数.姿态信息通过互补滤波器与陀螺仪测量值融合以提高动态响应.实验结果表明,该低成本姿态测量系统可明显提高机动环境下的姿态测量精度,姿态角测量误差小于3°. 展开更多

关键词 姿态测量 GPS加速度 修正罗德里格参数 迭代最小二乘 互补滤波器

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