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AHRS（航姿參考系統(tǒng)）自誕生以來，已經(jīng)逐漸成為飛行器控制、姿態(tài)識(shí)別等領(lǐng)域最佳適用系統(tǒng)。作為AHRS中至關(guān)重要的一步，濾波算法的優(yōu)化一直是系統(tǒng)優(yōu)化的指向標(biāo)。因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)主要的功能就是需要在眾多參數(shù)中解析出被測(cè)物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)參數(shù)，所以說對(duì)信號(hào)的分析處理是相當(dāng)重要的?？柭鼮V波是目前工程應(yīng)用最廣的一類方法，AHRS正是運(yùn)用的這一濾波方法，并且取得的不錯(cuò)的成果。

卡爾曼濾波的基本原理

濾波其實(shí)就是一種信號(hào)處理的方法，卡爾曼濾波則是一種基于遞推估計(jì)、以最小均方差作為估計(jì)最佳準(zhǔn)則的一種濾波算法。它的基本原理是：取有效信號(hào)與噪聲的狀態(tài)空間模型，利用前一時(shí)刻的估計(jì)值和現(xiàn)在時(shí)刻的觀測(cè)值來跟新對(duì)狀態(tài)變量的估計(jì)，求解出現(xiàn)在時(shí)刻的估計(jì)值。換句話說就是，從估計(jì)值到觀測(cè)值再到估計(jì)值的一個(gè)不斷遞歸的過程，在這個(gè)過程中可以最大化降低預(yù)測(cè)誤差，以致最終達(dá)到恢復(fù)系統(tǒng)的實(shí)際數(shù)據(jù)?？柭鼮V波的基本特性很好地滿足AHRS的需求。

AHRS選擇卡爾曼濾波的原因

AHRS的主要功能是測(cè)量被測(cè)物體的航向角和運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)，而這些參量一直是處于變化的過程，需要做到快速精確測(cè)量。大部分的濾波算法并不適用實(shí)時(shí)處理，對(duì)于運(yùn)動(dòng)物體的參數(shù)解析存在一定的延遲和誤差，不適合高精度的AHRS。因此，在AHRS中必須選擇一種能夠穩(wěn)定有效處理實(shí)時(shí)混合信號(hào)的濾波方法。

在飛行器運(yùn)動(dòng)過程中，各種傾角傳感器采集到的各類變量有很多，并且其中會(huì)不斷受到噪聲的干擾。為了將各類數(shù)據(jù)精確測(cè)得并且將多維數(shù)據(jù)分開，卡爾曼濾波是比較適用AHRS的一種濾波方法。它可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的估計(jì)和預(yù)測(cè)功能，采用的最優(yōu)估計(jì)理論可以使估計(jì)值盡可能接近真實(shí)值。例如，AHRS中的加速度計(jì)和陀螺儀分別測(cè)量的是物體線加速度和角加速度，通過積分運(yùn)算后得到的是速度和位移等變量，將這些變量都可以設(shè)為狀態(tài)量，通過卡爾曼濾波方法能夠?qū)崟r(shí)精確測(cè)量出這些數(shù)據(jù)，并且將其分離開來。

AHRS未來濾波方法的方向

盡管卡爾曼濾波在AHRS上的取得效果不錯(cuò)，不過問題和技術(shù)都是在不斷衍生和發(fā)展的。考慮到長(zhǎng)期性使用和動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速性，卡爾曼濾波方法依然需要進(jìn)一步地完善。目前有一種互補(bǔ)濾波理論較為先進(jìn)，它可以較為合理地解決卡爾曼濾波中存在的部分問題。當(dāng)然，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是無止境的，需要在實(shí)踐問題中不斷改善技術(shù)，未來的AHRS一定會(huì)是更加高效精確的。

標(biāo)簽： AHRS