一种基于姿态信息的加速度计校准方法技术

本发明专利技术公开的一种基于姿态信息的加速度计校准方法，涉及一种加速度计校准方法，属于深空探测技术领域。本发明专利技术为了在缺少位置测量信息的情况下进行加速度计校准，采用无陀螺仪惯导方式，推导加速度计输出模型，利用姿态确定系统输出，结合非线性滤波方法进行加速度计漂移估计，重解算加速度计漂移及相应误差方差阵，将加速度计漂移及相应误差方差阵输入非线性滤波器，估计出加速度计漂移，完成加速度计校准，提高校准精度，进而保证大气进入段自主导航性能。本发明专利技术要解决的技术问题是在缺少位置测量信息的情况下提高行星接近段加速度计校准精度，保证大气进入段自主导航性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种加速度计校准方法，尤其涉及一种基于姿态信息的加速度计校准方法，属于深空探测

技术介绍
基于惯性测量单元的惯性导航方案是近期行星着陆探测任务进入段自主导航的首选方式。因此在行星接近段进行惯导校准是减少漂移随时间累积的必要步骤。行星接近段姿态确定系统可以利用星敏感器、太阳敏感器等姿态敏感元件对陀螺仪进行精确的校准，但对加速度计的校准往往依赖于位置测量信息，而由于行星接近段探测器的位置测量信息十分匮乏，因此需要解决在缺少位置测量信息情况下对加速度计校准的问题，以提高行星大气进入段惯性导航性能。现阶段对针对在缺少位置测量信息情况下进行加速度计校准的问题尚未有系统的研究。在少数的尝试中均采用最小二乘法对加速度计漂移进行估计，估计精度有限，同时所采用的测量手段对于行星探测任务并不完全适用。因此仍需寻求新的加速度计校准方案以提高行星着陆探测自主导航的性能。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺少位置测量信息的情况下进行加速度计校准精度差的问题。本专利技术公开的一种基于姿态信息的加速度计校准方法，要解决的技术问题是在缺少位置测量信息的情况下提高行星接近段加速度计校准精度，保证大气进入段自主导航性能。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：本专利技术公开的一种基于姿态信息的加速度计校准方法，为了在缺少位置测量信息的情况下进行加速度计校准，采用无陀螺仪惯导方式，推导加速度计输出模型，利用姿态确定系统输出，结合非线性滤波方法进行加速度计漂移估计，重解算加速度计漂移及相应误差方差阵，将加速度计漂移及相应误差方差阵输入非线性滤波器，估计出加速度计漂移，完成加速度计校准，提高校准精度。本专利技术公开的一种基于姿态信息的加速度计校准方法，包括如下步骤：步骤1：建立采用无陀螺仪惯导方式的加速度计校准系统模型。无陀螺仪惯导方式能够单独利用加速度计测量角加速度。利用n个安装在探测器不同位置P1,…,Pn上的三轴加速度计，各加速度计安装位置的加速度表示为：ai=ac+ω·×ri+ω×(ω×ri),i=1,...,n---(1)]]>式中ac为探测器质心处的加速度，ri为Pi的位置矢量，ω和分别为探测器角速度与角加速度。对于探测器来说，质心处的加速度分为引力加速度g与控制加速度uc，同样Pi处的加速度也分为引力项gi和通过加速度计测量的非引力项fi。而由于探测器尺寸通常不大，重力梯度可以忽略，因此gi＝g。不同位置Pi处的加速度与探测器角速度及角加速度的关系为：Tibfi=uc+(Ω2×Ω·)ri≡uc+Ωri,i=1,...,n---(2)]]>式中为加速度计参考系到本体坐标系的姿态转移矩阵，同时对称矩阵Ω2及反对称矩阵满足：Ω2=-ωy2-ωz2ωxωyωxωzωxωy-ωx2-ωz2ωyωzωxωzωyωz-ωx2-ωy2,Ω·=0-ω·zω·yω·z0-ω·x-ω·yω·x0]]>ωx，ωy和ωz分别为角速度ω的分量。根据惯性系OI-XIYIZI和本体系ob-xbybzb建立加速度计测量模型为：f~i=fi+bi+ηvib·i=ηui---(3)]]>式中为加速度计输出，bi为加速度计漂移，ηvi和ηui分别为测量噪声与过程噪声，将测量噪声ηvi和过程噪声ηui描述为不相关的零均值Gauss白噪声，所述不相关的零均值Gauss白噪声应满足的条件如公式(4)所示：E{ηvi(t)ηviT(τ)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于姿态信息的加速度计校准方法，其特征在于：采用无陀螺仪惯导方式，推导加速度计输出模型，利用姿态确定系统输出，结合非线性滤波方法进行加速度计漂移估计，重解算加速度计漂移及相应误差方差阵，将加速度计漂移及相应误差方差阵输入非线性滤波器，估计出加速度计漂移，完成加速度计校准，提高在缺少位置测量信息的情况下的加速度计校准精度。

【技术特征摘要】
1.一种基于姿态信息的加速度计校准方法，其特征在于：采用无陀螺仪惯导方式，推导
加速度计输出模型，利用姿态确定系统输出，结合非线性滤波方法进行加速度计漂移估计，
重解算加速度计漂移及相应误差方差阵，将加速度计漂移及相应误差方差阵输入非线性滤
波器，估计出加速度计漂移，完成加速度计校准，提高在缺少位置测量信息的情况下的加速
度计校准精度。
2.如权利要求1所述的一种基于姿态信息的加速度计校准方法，其特征在于：具体实现
方法包括如下步骤，
步骤1：建立采用无陀螺仪惯导方式的加速度计校准系统模型；
无陀螺仪惯导方式能够单独利用加速度计测量角加速度；利用n个安装在探测器不同
位置P1,…,Pn上的三轴加速度计，各加速度计安装位置的加速度表示为：
ai=ac+ω·×ri+ω×(ω×ri),i=1,...,n---(1)]]>式中ac为探测器质心处的加速度，ri为Pi的位置矢量，ω和分别为探测器角速度与角
加速度；对于探测器来说，质心处的加速度分为引力加速度g与控制加速度uc，同样Pi处的加
速度也分为引力项gi和通过加速度计测量的非引力项fi；而由于探测器尺寸通常不大，重力
梯度可以忽略，因此gi＝g；不同位置Pi处的加速度与探测器角速度及角加速度的关系为：
Tibfi=uc+(Ω2×Ω&CenterDo...

【专利技术属性】
技术研发人员：于正湜，崔平远，朱圣英，高艾，秦同，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11