宽带移动卫星通信：低成本姿态确定新算法

"宽带移动卫星通信低成本组合姿态确定算法 (2011年)" 这篇论文主要探讨了在宽带移动卫星通信系统中如何通过低成本的微机械惯性器件来提高天线指向精度的问题。针对现有的低成本惯性器件在机动状态下无法满足高精度指向需求的挑战，论文提出了一种结合微机械惯性测量单元（IMU）和闭环跟踪信息的姿态确定算法。 该算法的核心在于集成两种不同类型的数据来源：一是来自IMU的微机械陀螺仪和加速度计的数据，二是闭环跟踪系统的指向偏差信息。在航向角的计算中，算法引入了闭环跟踪的指向偏差角，并通过PI控制器对其进行反向校正，以修正航向陀螺的漂移误差。同时，算法利用跟踪指向信息的低频分量和陀螺的高频分量来估计航向角，提高了航向角估计的准确性。 在横滚和俯仰角度的确定上，论文采用了改进的欧拉角作为状态向量。根据陀螺仪的角速率信息和加速度计检测到的重力场信息，分别建立了状态方程和测量方程。通过对航向角速率和俯仰角偏差的分析，算法能够判断载体的运动状态，并在载体机动时动态调整方差矩阵，更加依赖陀螺数据进行姿态估计，从而减少机动加速度造成的扰动影响。 实验结果显示，这种算法在载体机动状态下相比自适应卡尔曼滤波器具有更高的精度。具体表现为航向估计精度保持在±0.8°以内，俯仰角度的精度则在±0.5°之内，完全满足了动中通（移动中通信）系统对于姿态稳定性的要求。 这篇论文提出的低成本组合姿态确定算法为宽带移动卫星通信系统提供了一种有效且经济的解决方案，能够提升在复杂运动条件下的通信质量，具有重要的工程应用价值。它综合运用了传感器融合技术、控制理论和信号处理方法，对于移动通信和航天领域的研究具有参考意义。