姿態(tài)檢測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)融合算法綜述

王 翔，白 茹，崔曉陽，吳 濤，錢正洪

(杭州電子科技大學(xué) 磁電子中心，浙江 杭州 310018)

傳統(tǒng)的姿態(tài)檢測系統(tǒng)使用機械式的慣性傳感器來檢測載體姿態(tài)。該方法存在體積大、信號易受干擾、受使用環(huán)境制約等缺點，影響測量精度以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。自20世紀(jì)90年代以來，微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)相關(guān)技術(shù)迅猛發(fā)展，MEMS慣性傳感器已被廣泛應(yīng)用于姿態(tài)檢測系統(tǒng)中以獲取人體的姿態(tài)信息、測量小型飛行器姿態(tài)、確定移動設(shè)備使用者的運動狀態(tài)和步進信息等[1-3]。MEMS慣性傳感器的出現(xiàn)使得姿態(tài)檢測系統(tǒng)朝著低成本、小型化和低功耗的方向發(fā)展，同時也為該系統(tǒng)在民用領(lǐng)域的推廣打下了堅實的基礎(chǔ)。

雖然MEMS傳感器具有重量輕、價格低廉等優(yōu)勢，但由于其自身制造工藝的限制，輸出中往往伴隨著很大的噪聲干擾，導(dǎo)致測量精度降低。同時，MEMS慣性傳感器無法克服傳統(tǒng)慣性器件存在的累積誤差，長期使用會影響整個系統(tǒng)的可靠性。為了消除MEMS慣性傳感器的輸出噪聲，提高系統(tǒng)的測量精度，除了建立傳感器的誤差模型進行標(biāo)定補償以外，還可以采用多傳感器組合測量的方案。基于MEMS和磁阻傳感器的姿態(tài)檢測系統(tǒng)就是將磁阻傳感器作為輔助傳感器，使用合適的數(shù)據(jù)融合算法來校準(zhǔn)MEMS傳感器的輸出值，從而提高姿態(tài)解算的準(zhǔn)確性。該系統(tǒng)中，MEMS陀螺儀具有高動態(tài)性，其數(shù)據(jù)短期內(nèi)可靠性極高，但是誤差會隨著時間不斷增大；而磁阻傳感器和MEMS加速度計的測量誤差并不會隨時間累積。……