一种基于MEMS技术的捷联式垂直陀螺仪解算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于MEMS技术的捷联式垂直陀螺仪解算方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，互补对称加速度传感器的布局与各角度解算，步骤2，进行捷联解算，在步骤1中解算出的俯仰角和横滚角基础上，把三轴陀螺仪测得载体的角速度信息按俯仰轴和横滚轴二次旋转，变换到水平地理坐标系，按捷联算法求出俯仰角和横滚角，步骤3，利用Kalman滤波器进行信息融合，解决了现有机械式垂直陀螺仪在载体加速过程中的测量不准确问题和捷联式惯导系统的高成本问题。

A strapdown vertical gyro calculation method based on MEMS Technology

The invention discloses a strapdown vertical gyroscope based on MEMS calculation method, the specific implementation in accordance with the following steps: Step 1, complementary symmetry acceleration sensor layout and the angle solution, step 2, inertial solution in step 1 to calculate the pitch angle and roll angle on the basis of the three axis gyro angular velocity measuring carrier according to the pitch axis and two roll rotation, transform to the level of geographic coordinate system according to the strapdown algorithm to calculate the pitch angle and roll angle, step 3, information fusion using Kalman filter to solve the existing mechanical vertical gyroscope in high cost carrier acceleration measurement process the problem of inaccurate and strapdown inertial navigation system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子信息和导航
，涉及基于MEMS技术的捷联式垂直陀螺仪解算方法。
技术介绍
垂直陀螺仪(VerticalGyroscope,VG)是无人机、稳定云台和“动中通”天线等重要的姿态传感器，其在载体运动过程中实时获取载体的姿态信息,即俯仰角和横滚角。机械式垂直陀螺仪：机械式垂直陀螺仪是一个框架式双自由度陀螺和液体摆构成的闭环控制系统，使陀螺的自转轴稳定在当地地垂线方向上，它的原理就是利用陀螺的定轴性和进动性可测量载体的俯仰角和横滚角。机械螺仪由于其结构复杂、制造困难、漂移误差大和使用环境要求高等，现在已经很少应用。捷联式惯导系统：捷联式惯导系统不采用实体平台，把三轴加速度计与三轴陀螺仪直接固连在载体上，利用计算机实时计算姿态矩阵，通过姿态矩阵把加速度计测得的机体的加速度信息，变化到导航坐标系，然后进行导航解算，同时从姿态矩阵的元素中提取航向角和姿态角信息。缺点一是捷联式惯导系统依靠高精度的陀螺和加速度计，才能在初始对准过程中，通过敏感当地的地球自传角速度，才能给出航向角信息；二是由于陀螺仪和加速度计长时间会产生漂移，需要外部信息修正，比如GPS和北斗信息。专利技术内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MEMS技术的捷联式垂直陀螺仪解算方法，基于如下定义的坐标系：垂直陀螺仪的导航坐标系取为地理坐标系，建立载体所在位置的地理坐标系为北‑东‑地，即N‑E‑D，固连在载体上的载体坐标系为X‑Y‑Z，X处于载体对称平面内，由质心指向载体运动前向；Y垂直于载体对称平面并指向右方；Z在载体对称平面内且垂直于X轴指向下方，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，互补对称加速度传感器的布局与各角度解算，步骤2，进行捷联解算，在步骤1中解算出的俯仰角和横滚角基础上，把三轴陀螺仪测得载体的角速度信息按俯仰轴和横滚轴二次旋转，变换到水平地理坐标系，按捷联算法求出俯仰角和横滚角，步骤3，利用Kalman滤...

【技术特征摘要】
1.一种基于MEMS技术的捷联式垂直陀螺仪解算方法，基于如下定义的坐标系：垂直陀螺仪的导航坐标系取为地理坐标系，建立载体所在位置的地理坐标系为北-东-地，即N-E-D，固连在载体上的载体坐标系为X-Y-Z，X处于载体对称平面内，由质心指向载体运动前向；Y垂直于载体对称平面并指向右方；Z在载体对称平面内且垂直于X轴指向下方，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，互补对称加速度传感器的布局与各角度解算，步骤2，进行捷联解算，在步骤1中解算出的俯仰角和横滚角基础上，把三轴陀螺仪测得载体的角速度信息按俯仰轴和横滚轴二次旋转，变换到水平地理坐标系，按捷联算法求出俯仰角和横滚角，步骤3，利用Kalman滤波器进行信息融合。2.根据权利要求1所述的基于MEMS技术的捷联式垂直陀螺仪解算方法，其特征在于，所述的步骤1具体为，步骤1.1，互补对称加速度传感器的布局，将在载体的X-Z和Y-Z平面沿X轴和Y轴方向，且与X轴和Y轴的夹角分别为α角度分别布置2对加速度传感器，在X-Y-Z轴三个方向上，各布置一个陀螺仪；步骤1.2，俯仰角度的解算，设载体X轴方向加速度xa和俯仰角度xt时，从两个加速度传感器上采集到的加速度的输出值ax1和ax2分别为：ax1=sin(α+xt)+xacos(α+xt)ax2=sin(-α+xt)+xacos(-α+xt)---(1)]]>经过推导，可以求得：xt=A-arcsin(sin(-2α)B)-α---(2)]]>其中中间变量：B=(ax2-ax1×cos(2α))2+(ax1×sin(2α))2]]>步骤1.3，横滚角的解算，当载体Y轴方向有加速度ya和横滚角度yt时，利用同样的原理，借助公式(1)、(2)在求出横滚角度yt的基础之上除以cos(xt)即可。3.根据权利要求1所述的基于MEMS技术的捷联式垂直陀螺仪解算方法，其特征在于，所述的步骤2具体为：设载体坐标系下的俯仰角θ，横滚角γ，载体坐标系与地理坐标系经过两次旋转变换，变换阵为：cb2=cosγ0-sinγsin&...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲国福，
申请(专利权)人：陕西瑞特测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61