首页 > 论文 > 电光与控制 > 27卷 > 9期(pp:66-70)

基于变步长动量梯度下降法的姿态解算算法

An Attitude Algorithm Based on Variable-Step-Size Momentum Gradient Descent Method

  • 摘要
  • 论文信息
  • 参考文献
  • 被引情况
  • PDF全文
分享:

摘要

针对基于MEMS的姿态测量系统因为存在误差而导致姿态解算漂移的问题, 提出一种基于变步长动量梯度下降的姿态解算算法。该算法从传感器数据去噪和姿态解算两部分提高姿态解算精度。在传感器数据去噪方面, 为了工程实用, 降低微处理器计算量, 提出一种改进递推限幅均值滤波算法; 在姿态解算方面, 在梯度下降法的基础上设计自适应步长, 使用动量梯度优化每次迭代方向, 使得每次迭代后误差最小, 同时使用动态限幅滤波抑制角度振荡。静态和动态实验结果均表明了所提算法的有效性和优越性。

Abstract

Aiming at the problem of attitude calculation drift caused by the error of the MEMS based attitude measurement system, an attitude algorithm based on variable-step-size momentum gradient descent is proposed. The algorithm improves the attitude calculation accuracy from two aspects of sensor data denoising and attitude calculating. In sensor data denoising, an improved recursive amplitude-limited mean filtering algorithm is proposed to reduce the computational complexity of microprocessors. In attitude calculating, an adaptive step size is designed based on gradient descent method, and momentum gradient is used to optimize the direction of each iteration so as to minimize the error after each iteration, and dynamic limiting filter is used to suppress angle oscillation. Results of the static and dynamic experiments show the effectiveness and superiority of the proposed algorithm.

广告组1 - 空间光调制器+DMD
补充资料

中图分类号:TP391

DOI:10.3969/j.issn.1671-637x.2020.09.013

所属栏目:学术研究

收稿日期:2019-08-06

修改稿日期:2020-08-25

网络出版日期:--

作者单位    点击查看

张帅华:中国民航大学电子信息与自动化学院, 天津 300300
郑 芳:中国民航大学电子信息与自动化学院, 天津 300300
李 霞:中国民航大学电子信息与自动化学院, 天津 300300
王丙元:中国民航大学电子信息与自动化学院, 天津 300300

备注:张帅华(1994-),男, 山西霍州人, 硕士生, 研究方向为飞行器姿态解算与控制。

【1】XUE H J, GUO X S, ZHOU Z F, et al. Gyro signal de-noising based on a new wavelet threshold function[C]//International Conference on Computer Science & Service System, IEEE, 2012: 270-274.

【2】刘孝博,陈光武,王迪,等.MEMS陀螺仪漂移和噪声的分析和补偿[J].传感技术学报,2018,31(3):368-373.

【3】YUN T L, YING W, LEI S, et al. Quantization noise consideration and characterization in Sigma-Delta MEMS accelerometer [J]. Microelectronics Journal, 2016, 47(C): 53-60.

【4】刘青文,郭剑东,浦黄忠, 等.基于梯度下降法的四旋翼无人机姿态估计系统[J].电光与控制,2018,25(5):17-21.

【5】章政,王龙,曾聪.运动加速度抑制的动态步长梯度下降姿态解算算法[J].信息与控制,2017,46(2):136-143.

【6】王伟,房德国,胡镇,等.四旋翼飞行器导航系统的数据融合方法[J].电光与控制,2019,26(3):84-88,96.

【7】饶康麒,刘小明,陈万春.四旋翼飞行器姿态估计方法[J].电光与控制,2015,22(5):25-28,33.

【8】杜瑾,赵华超,郑哲,等.捷联惯导互补滤波姿态融合算法设计[J].传感技术学报,2018,31(10):1547-1552.

【9】LI D M, BAI T X, HE X X, et al. Application of genetic algorithm in estimation of gyro drift error model[J]. Aerospace China, 2019, 20(1): 3-8.

【10】FILATOV Y V, BORONAKHIN A M, DAO V B, et al. Studying the static errors of MEMS accelerometer triad in quasiharmonic oscillation mode[J]. Gyroscopy and Navigation, 2017, 8(2): 121-128.

【11】王立,章政,孙平.一种自适应互补滤波姿态估计算法[J].控制工程,2015,22(5):881-886.

【12】MADGWICK S O H, HARRISON A J L, VAIDYANATHAN R. Estimation of IMU and MARG orientation using a gradient descent algorithm[C]//IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics(ICORR), 2011: 1-7.

引用该论文

ZHANG Shuaihua,ZHENG Fang,LI Xia,WANG Bingyuan. An Attitude Algorithm Based on Variable-Step-Size Momentum Gradient Descent Method[J]. Electronics Optics & Control, 2020, 27(9): 66-70

张帅华,郑 芳,李 霞,王丙元. 基于变步长动量梯度下降法的姿态解算算法[J]. 电光与控制, 2020, 27(9): 66-70

您的浏览器不支持PDF插件,请使用最新的(Chrome/Fire Fox等)浏览器.或者您还可以点击此处下载该论文PDF