四旋翼飞行器姿态解算与滤波

来源：计算机测量与控制杂志2016年第10期北京时间：

作者：龙云露,陈洋,滕雄

摘要：四旋翼飞行器的运动控制关键在于对飞行过程中的实时姿态角控制。目前实时姿态角信息还不能直接测量出来。为了能利用已有的传感器数据解算出更准确的姿态角，通过物理实验详细分析了四旋翼飞行器姿态角的解算和滤波算法。首先，通过联立欧拉方向余弦矩阵与四元数矩阵，得到用四元数表达的姿态角表达式。然后，结合加速度计和磁强计实时测量的数据，分别采用互补滤波和卡尔曼滤波两种方法来补偿四元数结果，分别分析如何选取最佳参数，并对比分析了两种滤波方式的优缺点。在一定精度要求范围内，这两种滤波方式都能获得更加准确的姿态角，但是互补滤波相对卡尔曼滤波有一定的解算时延。因此在精度要求一般的系统中，这两种滤波方式都可以用来求解姿态角，卡尔曼滤波方法则更适于对实时性要求更高的系统。

关键词：姿态角;四元数;互补滤波;卡尔曼滤波

基金资助：国家自然科学基金项目（面上项目，重点项目，重大项目），湖北省科技支撑计划项目