فیلترهای مکمل بهبود یافته برای تخمین زوایای سمت و تراز در حرکت‌های شتاب‌دار

در این مقاله روشی برای بهبود عملکرد فیلترهای مکمل در سامانه مرجع سمت و تراز برای تخمین وضعیت در حرکت‌های شتاب‌دار ارائه‌شده است. هرچند فیلترهای مکمل موجود madgwick و mahony از مزایایی از قبیل حجم محاسباتی کم، پایداری در شرایط دینامیکی مختلف، موثر بودن در نرخ نمونه‌برداری پایین و سادگی در روند تنظیم پارامترها برخوردار هستند؛ لیکن در شرایطی که وسیله متحرک در معرض شتاب‌های غیر جاذبه‌ای قرار می‌گیرد، عملکرد نامناسبی از خود نشان می‌دهند. الگوریتم پیشنهادی بر اساس روش راه‌گزینی بر مبنای آستانه طراحی‌شده است و با تنظیم بهره فیلترهای مکمل متناسب با اندازه شتاب خارجی، باعث بهبود تخمین زوایا می‌گردد. در ادامه الگوریتم پیشنهادی با فیلتر کالمن توسعه‌یافته و سه نسخه تطبیقی آن مقایسه شده است. نتایج شبیه‌سازی و ارزیابی روش پیشنهادی نشان‌دهنده دستیابی فیلترهای مکمل بهبودیافته به عملکرد بهتر در حرکت‌های شتاب‌دار نسبت به فیلترهای کالمن توسعه‌یافته تطبیقی در سامانه مرجع سمت و تراز است.

improved complementary filters for estimation of heading and attitude angles in accelerated motion

in this paper, a method for improving the performance of complementary filter in the attitude and heading reference system for estimating the orientation in accelerated movements is presented. although existing complementary filters have advantages such as low computational volume, stability in different dynamic conditions, effectiveness at low sampling rates, and simplicity in the parameter setting process; but in the situation where the mobile device is exposed to non-gravitational accelerations, they show inappropriate performance. the proposed algorithm is designed based on the threshold-based path selection method and by adjusting the gain of complementary filters according to the size of the external acceleration, it improves the estimation of angles. in the following, the proposed algorithm is compared with the extended kalman filter and its three adaptive versions. the simulation and evaluation results of the proposed method show that the improved complementary filters achieve good performance in accelerated movements compared to the aekf in the direction and alignment reference system.