基于AEKF的地磁/陀螺姿态解算融合算法

来源：计算机测量与控制杂志2025年第5期北京时间：

作者：周杰,张晓明,杜江波,邱江涛

单位：中北大学

摘要：针对磁传感器在一定特殊环境下可能出现俯仰角“二值性”问题,导致无法正确判断其俯仰角变化方向,提出了一种基于地磁/陀螺信息的自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)数据融合算法,在分析弹体短期机动姿态运动特性的基础上,利用地磁信息无时间累计误差和MEMS陀螺短时精度高的优势,建立了卡尔曼状态系统方程和非线性量测方程,实现了姿态角的实时修正和参数的自适应更新。通过仿真和半物理试验分析验证了该融合算法的有效性,试验结果表明,该算法消除了单历元地磁解算姿态角出现的“二值性”问题和传统卡尔曼滤波发散的问题,显著提高了滚转角和俯仰角的解算精度,解算精度误差可保持在±1°以内。该算法有效减小了磁场干扰对精度解算带来的影响,在旋转弹药的姿态角测量及导航领域具有广泛的应用前景。

关键词：自适应扩展卡尔曼;数据融合;姿态测量;旋转弹;磁传感器;MEMS陀螺

基金资助：国防科技基础加强计划项目(2021-JCJQ-JJ-0947)；航空科学(202000010U0004)