摘要
运动中卫星通信(简称“动中通”)是实现载体在运动中实时对准卫星、达到实时与卫星通信的技术，具有十分广阔的发展前景。本论文以单兵的姿态解算与动中通跟踪技术为基础，深入研究了微惯性测量单元(MiniatureInertialMeasurementUnit,MIMU)和全球定位系统(GlobalPositioningSystem,GPS)的姿态角解算、电机控制算法等技术。论文的主要工作包括： 首先，对常见的姿态解算器件进行误差分析并给出校准方案。对GPS测量数据信号优良选取用作数据融合。在微机电系统(MicroElectromechanicalSystem,MEMS)方面，主要补偿MEMS器件的确定性误差，并用Z轴速率实验进行测试，表明补偿后测量误差减小到10-3数量级，加速度计测量误差平均减小0.32m/s2。然后，根据MEMS陀螺仪的静态数据设计卡尔曼滤波器降低该惯性器件的随机噪声，实验表明，随机噪声平均减小75%左右，方差减小58.8%。 其次，采用基于Mahony互补滤波器的三轴陀螺仪和加速度计的惯导姿态解算方法，并结合GPS和MIMU的航向角度融合，提出一种改进的无迹卡尔曼滤波(UnscentedKalmanFiltering,UKF)算法。利用Mahony互补滤波器对陀螺和加速度计融合，提高横滚和俯仰角的静、动姿态的解算精度；采用UKF算法在GPS信号选取后融合GPS和MIMU位置和速度信息，基于标准UKF算法，针对MIMU在求解过程中积累的航向偏差和算法计算复杂、模型存在误差等问题，给出了相应的改进方案。试验结果显示，该方法可以较好地降低航向角的姿态角解算发散程度，与纯惯性解算相比，改进后的UKF算法在测试过程中方差减小70.25%，说明航向姿态角的发散明显减小。 最后，提出了基于无刷直流电机的位置式比例积分微分(ProportionIntegrationDifferentiation,PID)跟踪控制算法，在通过电机相关参数计算出的传递函数后，仿真算出PID算法的比例、积分和微分值，然后通过三轴摇摆台和Matlab仿真对跟踪角度范围进行测试，最后通过摇摆台仿真验证跟踪算法与解算出的姿态角的跟踪误差，实验证明，在30分钟的摇摆台试验中，通过跟踪算法对姿态进行补偿，计算的到与姿态解算角度的误差在±0.6°以内。
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