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系統識別號 U0002-1208201015210800
中文論文名稱 以微機電飛行資訊量測系統為基礎之飛行姿態計算:擴展式卡曼濾波之實務探討
英文論文名稱 Attitude Determination Based On a MEMS Flight Information Measurement Unit: Application of Extended Kalman Filter
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Aerospace Engineering
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 林昱亨
研究生英文姓名 Yu-Heng Lin
電子信箱 697430261@s97.tku.edu.tw
學號 697430261
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-06-23
論文頁數 120頁
口試委員 指導教授-蕭照焜
委員-馬德明
委員-周明
中文關鍵字 四元素法  飛行資訊量測系統  擴展式卡曼濾波 
英文關鍵字 quaternion  flight information measurement unit  extended Kalman filter 
學科別分類 學科別應用科學航空太空
中文摘要 本論文研究以微機電飛行資訊量測系統為基礎之飛行姿態角之計算,提出以四元素法為核心之擴展式卡曼濾波器的設計,探討整合傳統四元素法及重力場計算飛行姿態角之運算法則,並以實際飛行數據執行實務驗證。
此擴展式卡曼濾波器以傳統計算飛行姿態角之四元素法為動態模式,四個元素即為濾波器之狀態,重力場計算所得之飛行姿態角則視為系統之實際量測值。本研究首先利用四軸運動平台設計一個固定滾轉角飛行的實驗,由飛行資訊量測系統量測運動過程的三軸加速度及角速度,並分別由四元素法及重力場計算飛行姿態角,同時探討實驗誤差及量測雜訊之特性,之後再利用擴展式卡曼濾波器,做互補濾波,計算姿態角,驗證此卡曼濾波器設計的實用性。最後再以實際飛行數據來驗證本論文所提出的飛行姿態角之計算法則。

英文摘要 This thesis studies the attitude determination using a MEMs flight information measurement unit. A quaternion-base extended Kalman filter to integrate the traditional quaternion and gravitational methods for attitude determination algorithm is proposed in the study. The proposed extended Kalman filter utilizes the evolution of the four elements in the quaternion method for attitude determination as the dynamic model with the four elements as the states of the filter. The attitude obtained from the gravity computation is treated as the output of the filter. An experiment using an in-house designed motion platform is designed to evaluate the proposed algorithm. From the experiment, the noise characteristics of the sensor signals are examined. The proposed filter design is then validated using the laboratory data. With the success in the laboratory test, a set of flight test data is utilized to show the practicality of the filter design
論文目次 符號定義 X
第一章 序論 1
1.1 研究動機與目的 2
1.2 文獻回顧 3
1.3 研究方向與論文架構 6
第二章 飛機姿態計算 7
2.1 飛行姿態探討 7
2.1.1 靜止時求飛機姿態 7
2.1.2 運動時求飛機姿態 8
2.2 四元素法 11
2.2.1 尤拉角(Euler angle) 11
2.2.2 四元素法應用 12
第三章 實驗儀器簡介暨實驗設計 14
3.1 慣性量測組件 14
3.1.1 校準 15
3.1.2 靈敏度換算 16
3.2 四軸實驗平台 17
第四章 實驗數據探討 23
4.1利用重力場求姿態角 23
4.1.1理論值計算與圖形比較(滾轉角為 時) 25
4.1.2理論值計算與圖形比較(滾轉角為 時) 40
4.1.3分析實驗誤差來源 49
4.2 利用四元素法求姿態角 50
第五章 卡曼濾波應用 57
5.1 卡曼濾波概述 57
5.2 四元素法整合卡曼濾波 60
5.2.1 非線性擴展卡曼濾波式 65
5.2.2 卡曼濾波系統的雜訊探討 68
5.2.3 地面模擬結果 72
5.3 實際飛行數據探討 75
5.3.1 重力場推算姿態角 78
5.3.2 四元素法計算姿態角 82
5.3.3 整合卡曼濾波 83
第六章 結論與未來展望 95
參考文獻 97
附錄A 四元素法推導過程 99
附錄B...........................................106
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論文使用權限
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