基于四元数和卡尔曼滤波的姿态角估计算法研究与应用
| 摘要 | 第5-7页 |
| ABSTRACT | 第7-8页 |
| 第1章 绪论 | 第12-16页 |
| 1.1 研究背景及意义 | 第12-13页 |
| 1.2 国内外研究现状 | 第13-15页 |
| 1.3 论文结构安排 | 第15-16页 |
| 第2章 四元数姿态解算理论基础 | 第16-28页 |
| 2.1 引言 | 第16页 |
| 2.2 坐标系的建立 | 第16-17页 |
| 2.2.1 参考坐标系O-XYZ | 第16-17页 |
| 2.2.2 载体坐标系o-xyz | 第17页 |
| 2.3 坐标变换与姿态角确定 | 第17-20页 |
| 2.3.1 坐标变换 | 第17-20页 |
| 2.3.2 姿态角的确定 | 第20页 |
| 2.4 四元数姿态解算方法 | 第20-26页 |
| 2.4.1 四元数基本概念 | 第21-22页 |
| 2.4.2 四元数与姿态矩阵的关系 | 第22-23页 |
| 2.4.3 四元数微分方程 | 第23-24页 |
| 2.4.4 四元数法的姿态解算流程 | 第24-26页 |
| 2.5 加速度计和磁强计测姿原理 | 第26-27页 |
| 2.5.1 加速度计测姿 | 第26-27页 |
| 2.5.2 磁强计测姿 | 第27页 |
| 2.6 本章小结 | 第27-28页 |
| 第3章 卡尔曼滤波姿态角估计算法 | 第28-36页 |
| 3.1 引言 | 第28页 |
| 3.2 卡尔曼滤波器原理 | 第28-32页 |
| 3.2.1 状态方程和测量方程 | 第29页 |
| 3.2.2 滤波器公式推导 | 第29-30页 |
| 3.2.3 卡尔曼滤波算法流程 | 第30-32页 |
| 3.2.4 滤波器参数选择 | 第32页 |
| 3.3 基于卡尔曼滤波的姿态角估计算法 | 第32-35页 |
| 3.3.1 状态过程建立 | 第32-33页 |
| 3.3.2 测量方程建立 | 第33页 |
| 3.3.3 滤波参数计算方法 | 第33-34页 |
| 3.3.4 算法流程 | 第34-35页 |
| 3.4 本章小结 | 第35-36页 |
| 第4章 姿态角估计算法验证 | 第36-56页 |
| 4.1 引言 | 第36页 |
| 4.2 原始数据获取 | 第36-41页 |
| 4.2.1 传感器模块设计 | 第36-39页 |
| 4.2.2 主机模块设计 | 第39页 |
| 4.2.3 原始数据采集 | 第39-41页 |
| 4.3 原始数据误差补偿和滤波 | 第41-49页 |
| 4.3.1 MEMS陀螺仪误差补偿和滤波 | 第41-46页 |
| 4.3.2 MEMS磁强计误差补偿和滤波 | 第46-48页 |
| 4.3.3 MEMS加速度计误差补偿和滤波 | 第48-49页 |
| 4.4 卡尔曼滤波姿态角估计算法动态测试结果 | 第49-55页 |
| 4.4.1 对陀螺仪动态数据进行误差补偿和滤波 | 第50-51页 |
| 4.4.2 对磁强计动态数据进行误差补偿和滤波 | 第51-52页 |
| 4.4.3 对加速度计动态数据进行误差补偿和滤波 | 第52-53页 |
| 4.4.4 最优姿态角估计 | 第53-55页 |
| 4.5 本章小结 | 第55-56页 |
| 第5章 基于姿态角的跌倒姿态检测实验与结论 | 第56-77页 |
| 5.1 引言 | 第56页 |
| 5.2 跌倒姿态的定义 | 第56-57页 |
| 5.3 跌倒检测装置设计 | 第57-59页 |
| 5.4 实验方案设计 | 第59-71页 |
| 5.4.1 实验数据的获取途径 | 第59-61页 |
| 5.4.2 实验过程 | 第61-71页 |
| 5.4.3 数据分析 | 第71页 |
| 5.5 跌倒检测算法 | 第71-74页 |
| 5.6 实验结果与分析 | 第74-76页 |
| 5.7 本章小结 | 第76-77页 |
| 结论 | 第77-79页 |
| 参考文献 | 第79-83页 |
| 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 | 第83-84页 |
| 致谢 | 第84-86页 |
| 作者简介 | 第86页 |
