《表1 qa1,qa2取值表》

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《基于四元数衍生无迹卡尔曼滤波的二段式多旋翼无人机姿态估计算法》

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为证明第2.2节中四元数状态向量校正策略的可行性，本文将qa1和qa2按不同取值分为表1中的7种情况，通过从水平放置的PIXHAWK飞控中提取陀螺仪、加速度计及磁力计数据，利用MATLAB软件进行仿真实验，仿真实验结果如图2所示.如图2（a）所示只使用陀螺仪数据更新姿态角时，由于陀螺仪漂移的存在，更新的姿态角会随着时间发散；图2（b）–2（c）与图2（a）出现了相同的现象，表明?q1和?q2的第1个元素并未影响姿态四元数，即其不包含姿态信息；图2（d）中俯仰角和航向角发散，但横滚角收敛；图2（e）中横滚角和航向角发散，但俯仰角收敛；图2（f）中航向角发散，但横滚角和俯仰角收敛，表明?q1中第2和第3个元素分别起了校正了横滚角和俯仰角的作用，即表明四元数的第2，3个元素分别主要包含着横滚角和俯仰角的信息；图2（g）中横滚角和俯仰角发散；图2（h）中航向角收敛，图2（i）中所有姿态角都收敛，表明?q2的第4个元素对校正航向角产生作用，即表明四元数第4个元素主要包含着航向角信息；综上可知本文之前设想正确.本文所提姿态解算算法中，加速度计数据只用来校正横滚角和俯仰角，所以在加速度校正阶段对于校正参数?q1，置其第4个元素为零，以消除加速度计数据对航向角估计的干扰；同理在磁力计校正阶段，为消除磁力计数据对横滚角和俯仰角估计的干扰将校正参数?q2的第2和第3个元素置为零，即qa1和qa2按Case7取值.