文档名：基于变结构ESKF的航姿参考系统噪声处理方法
摘要：针对航姿参考系统(AHRS)易受到环境与传感器自身噪声干扰,导致姿态估计精度下降的问题,提出了一种基于变结构误差状态卡尔曼滤波(VS-ESKF)的噪声数据处理方法.首先,通过分析AHRS传感器观测数据与新息序列统计特征,设计了基于加速度范数与遗忘序贯概率比检验(F-SPRT)的方法,分别检测加速度计与陀螺仪的噪声数据.其次,基于噪声检测结果,将平滑变结构滤波(SVSF)策略引入到误差状态卡尔曼滤波(ESKF),以提高ESKF对噪声模型不确定性的处理能力.然后,结合磁场强度与磁倾角参数特征,利用马氏距离法评估磁干扰并实时调整磁力计补偿权重,获取准确的AHRS修正数据.最后,基于自主搭建独轮机器人平台进行实验验证,结果表明所设计的VS-ESKF算法可以及时、准确地检测AHRS噪声数据,并有效地抑制噪声干扰,相比于ESKF算法,对横滚角、俯仰角和偏航角的估计精度分别提升了31.05％、32.32％和40.07％,提高了姿态估计的准确性和稳定性.
Abstract：Toaddresstheissueofdecreasedattitudeestimationaccuracycausedbyenvironmentalinterferenceandsensornoiseaffectingtheattitudeandheadingreferencesystem(AHRS),anoisedataprocessingmethodbasedonvariablestructureerrorstateKalmanfiltering(VS-ESKF)isproposed.ThetextdescribesamethodfordetectingnoisedatainaccelerometersandgyroscopesbyanalyzingthestatisticalcharacteristicsofsensorobservationdataandinnovationsequenceinAHRS.Themethodisbasedontheaccelerationnormandforgottensequentialprobabilityratiotest(F-SPRT).Secondly,thesmoothvariablestructurefiltering(SVSF)strategyisintroducedintotheerrorstateKalmanfiltering(ESKF)toimproveitsprocessingcapabilityontheuncertaintyofthenoisemodel,basedonthenoisedetectionresults.Themagneticdisturbancesareevaluatedandmagnetometercompensationweightsareadjustedinreal-timeusingtheMahalanobisdistancemethodtoobtainaccurateAHRScorrectiondatabycombiningthemagneticfieldstrengthandmagneticinclinationparametercharacteristics.ThedesignedVS-ESKFalgorithmcandetectAHRSnoisedatatimelyandaccurately,andeffectivelysuppressnoiseinterference,asdemonstratedbyexperimentalvalidationbasedonaself-unicyclerobotplatform.ComparedtotheESKFalgorithm,theaccuracyofestimatingtherollangle,pitchangle,andyawanglehasincreasedby31.05％,32.32％,and40.07％,respectively.Thisimprovementenhancestheaccuracyandstabilityofattitudeestimation.
作者：赵广营 黄卫华 章政 梅宇恒 Author：ZhaoGuangying HuangWeihua ZhangZheng MeiYuheng
作者单位：武汉科技大学机器人与智能系统研究院武汉430000武汉科技大学机器人与智能系统研究院武汉430000;武汉科技大学信息科学与工程学院武汉430000
刊名：电子测量与仪器学报 ISTICPKU
Journal：JournalofElectronicMeasurementandInstrumentation
年，卷(期)：2024, 38(3)
分类号：TP242
关键词：航姿参考系统 噪声检测 误差状态卡尔曼滤波 平滑变结构滤波
Keywords：AHRS noisedetection errorstateKalmanfilter smoothvariablestructurefilter
机标分类号：TM935TD76TP273
在线出版日期：2024年7月8日
基金项目：国家自然科学基金基于变结构ESKF的航姿参考系统噪声处理方法[
期刊论文] 电子测量与仪器学报--2024, 38(3)赵广营 黄卫华 章政 梅宇恒针对航姿参考系统(AHRS)易受到环境与传感器自身噪声干扰,导致姿态估计精度下降的问题,提出了一种基于变结构误差状态卡尔曼滤波(VS-ESKF)的噪声数据处理方法.首先,通过分析AHRS传感器观测数据与新息序列统计特征,设计了...参考文献和引证文献
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