一种三轴转台的地速消除方法技术

本申请提供一种三轴转台消除地速的方法，包括以下步骤：使得所述三轴转台处于零位状态并锁死；测量所述三轴转台处于所述零位状态并且持续预定时间后的角速度检测装置的角速度信息，对所述角速度检测装置的角速度信息进行平均滤波，获得所述三轴转台处于零位状态的角速度信息，其中所述角速度检测装置安装在所述三轴转台的内框架上；和在所述三轴转台的仿真测试中，根据所述角速度检测装置的角速度信息、外框绕外框轴旋转角度、中框绕中框轴旋转角度、内框绕内框轴旋转角度以及所述三轴转台处于零位状态的平均角速度信息反向求解获得所述三轴转台外框架、中框架、内框架三个框架的驱动角速度信息。

【技术实现步骤摘要】
一种三轴转台的地速消除方法
本申请涉及卫星仿真
，特别地涉及一种用于卫星仿真测试的三轴转台的地速消除方法。
技术介绍
在卫星进行高精度三轴转台仿真时，三轴转台姿态动力学需要进行地球自转角速度(简称地速)消除，地速的消除需要明确当地地理纬度和转台零位状态偏当地正北方向的角度，传统的解决办法是利用经纬仪或指北仪来进行当地地理纬度标定和转台零位状态时偏当地正北方向的角度标定，或者校正转台零位的某一轴指向正北方向，然后利用标定的地理纬度和转台零位状态时偏当地正北方向的角度信息代入三轴转台的姿态动力学中来进行地速的消除，并且由于设备或人为原因可能需要多次进行标定。为此，本领域迫切需要开发一种无需多次标定的三轴转台的地速快速消除方法。
技术实现思路
本申请之目的在于提供一种无需多次标定的三轴转台的地速快速消除方法。具体来说，本申请的方法利用三轴转台零位状态时的角速度检测装置(如陀螺)的测量数据来精确确定地球自转速度(下文简称地速)在三轴上的分量，并将该分量作为一个常值替换掉转台动力学中由地速、纬度和转台零位偏正北方向角度项组成的该分量，从而从理论上消除地速，无需获得当地地理纬度、所述三轴转台处于零位状态时偏正北方向角度或者不需要所述三轴转台处于零位状态时某一轴指向正北方向。为了实现上述目的，本申请提供下述技术方案。在第一方面中，本申请提供一种三轴转台消除地速的方法，包括以下步骤：步骤S1：使得所述三轴转台处于零位状态并锁死，所述三轴转台包括外框架、中框架和内框架，测量所述三轴转台处于所述零位状态并且持续预定时间后的角速度检测装置的角速度信息，对所述角速度检测装置的角速度信息进行平均滤波，获得所述三轴转台处于零位状态的角速度信息，其中所述角速度检测装置安装在所述三轴转台的内框架上；和步骤2：在所述三轴转台的仿真测试中，根据所述角速度检测装置的角速度信息、外框绕外框轴旋转角度、中框绕中框轴旋转角度、内框绕内框轴旋转角度以及所述三轴转台处于零位状态的平均角速度信息反向求解获得所述三轴转台外框架、中框架、内框架三个框架的驱动角速度信息。在第一方面的一种具体实施方式中，“平均滤波”指计算一定时间内角速度检测装置(如陀螺)测量角速度的累加和再求平均值。在第一方面的一种实施方式中，所述角速度检测装置包括陀螺。在第一方面的另一种实施方式中，在所述步骤S1中，根据以下公式当转台处于零位状态时确定α＝β＝γ＝0ω外＝ω中＝ω内＝0R(γ)＝R(β)＝R(α)＝I；式中：外框绕外框轴旋转角度定义为α；中框绕中框轴旋转角度定义为β；内框绕内框轴旋转角度定义为γ；外框绕外框轴旋转角速度定义为ω外；中框绕中框轴旋转角速度定义为ω中；内框绕内框轴旋转角速度定义为ω内；ω陀x、ω陀y、ω陀z分别指陀螺在内框架坐标系的三个坐标轴上的分量；在第一方面的另一种实施方式中，当所述三轴转台处于零位状态时，式中，δ指内框轴方向与当地正北方向夹角；地球自转角速度为ωe；及ωex、ωey、ωez分别指地球自转速度在内框架坐标系的三个坐标轴上的分量。在第一方面的另一种实施方式中，通过下述来获得所述三轴转台外框架、中框架、内框架三个框架的驱动角速度信息：在第一方面的另一种实施方式中，地速在转台处于零位状态时在所述三轴转台的内框架坐标系的三轴上的分量与真实值的偏差通过所述角速度检测装置的测量精度来确定。在第一方面的另一种实施方式中，在所述三轴转台的仿真测试中，无需获得当地地理纬度、所述三轴转台处于零位状态时偏正北方向角度或者不需要所述三轴转台处于零位状态时某一轴指向正北方向。在第一方面的另一种实施方式中，所述预定时间为20分钟-60分钟。与现有技术相比，本申请的有益效果在于本申请利用三轴转台处于零位状态时，安装在三轴转台内框轴上的陀螺的测量角速度信息恰好能表现地球自转角速度在转台零位状态时三轴上分量，利用该测量角速度信息等效替代三轴转台姿态动力学中地速分量，不需要明确当地的地理纬度，且不需要明确三轴转台的零位状态偏正北方向的角度，无需经纬仪或指北仪进行转台零位标定过程，简化了半物理仿真的准备工作。附图说明图1(a)-(d)是本申请涉及的三轴转台地速消除方法中的坐标系示意图。图2显示转台位于零位状态时框架坐标系定义。图3显示内框轴方向北偏东δ度。在图3中X0Y0Z0坐标系(转台零位坐标系)的X0轴相对当地正北坐标系的XI轴北偏东δ度。图4是根据本申请的一个实施例的三轴转台消除地速的方法的流程图。具体实施方式下面将结合附图以及本申请的实施例，对本申请的技术方案进行清楚和完整的描述。首先，为了更好地解释本申请实施例涉及的三轴转台消除地速的原理，结合图1(a)-(d)所示，分别建立地面坐标系X0Y0Z0、外框架坐标系X1Y1Z1、中框架坐标系X2Y2Z2和内框架坐标系X3Y3Z3，其中，将三轴转台安装在内框架上，将陀螺置于三轴转台上。其中，在地面坐标系中，定义水平向左为正北方向，水平向右为水平向南方向；在外框架坐标系X1Y1Z1中，Y1为外框架转轴，定义其方向竖直向上；在中框架坐标系X2Y2Z2中，Z2为中框架转轴，定义其指向转台所在位置水平面东向；在内框架坐标系X3Y3Z3中，X3为内框架转轴，定义其指向转台所在位置水平面北向，在实际测量中，需要确定内框架转轴相对正北方向的偏差，从而便于消除地速。其次，对三轴转台的旋转角度和角速度进行定义，具体地，外框绕外框轴旋转角度定义为α；中框绕中框轴旋转角度定义为β；内框绕内框轴旋转角度定义为γ；外框绕外框轴旋转角速度定义为ω外；中框绕中框轴旋转角速度定义为ω中；内框绕内框轴旋转角速度定义为ω内。其中，X0Y0Z0坐标系到X1Y1Z1坐标系的转化关系为：X1Y1Z1坐标系到X2Y2Z2坐标系的转化关系为：X2Y2Z2坐标系到X3Y3Z3坐标系的转化关系为：从X2Y2Z2坐标系到X3Y3Z3坐标系的转化关系为：R32＝R(γ)从X1Y1Z1坐标系到X3Y3Z3坐标系转化关系为：R31＝R32R21＝R(γ)R(β)从X0Y0Z0坐标系到X3Y3Z3坐标系转化关系为：R30＝R32R21R10＝R(γ)R(β)R(α)。基于上述坐标系之间的转化关系，为了便于分析，假设三轴转台的测量坐标系与内框架坐标系三轴方向一致，在不考虑地球自转角速度和所在地地理纬度的条件下获得陀螺的角速度信息：假设三轴转台所在地地理纬度为λ，其中，λ需要由经纬仪测定，地球自转角速度为ωe，则三轴转台所在地水平指正北方向的自转角速度分量为ωecosλ；三轴转台所在地垂直水平向上方向的自转角速度分量为ωesinλ；ω陀x、ω陀y、ω陀z分别指陀螺在内框架坐标系的三个坐标轴上的分量。在不考虑三轴转台处于零位状态时，内框架转轴方向(X0或X1或X2或X3轴)与转台所在地当地正北方向夹角，则有：参见图2和图3，其中图2显示转台位于零位状态时框架坐标系定义，图3显示内框轴方向北偏东δ度。在图3中，X0Y0Z0坐标系(转台零位坐标系)的X0轴相对当地正北坐标系的XI轴北偏东δ度。在考虑三轴转台处于零位状态时，内框架转轴方向(X0或X1或X2或X3轴)与当地正北方向夹角，并考虑该角度为δ(实际需要经纬仪或指北仪标定)，其中，需要区分两种情况：对于情况1，也就是内框架本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三轴转台消除地速的方法，包括以下步骤：步骤S1：使得所述三轴转台处于零位状态并锁死，所述三轴转台包括外框架、中框架和内框架，测量所述三轴转台处于所述零位状态并且持续预定时间后的角速度检测装置的角速度信息，对所述角速度检测装置的角速度信息进行平均滤波，获得所述三轴转台处于零位状态的角速度信息，其中所述角速度检测装置安装在所述三轴转台的内框架上；和步骤S2：在所述三轴转台的仿真测试中，根据所述角速度检测装置的角速度信息、外框绕外框轴旋转角度、中框绕中框轴旋转角度、内框绕内框轴旋转角度以及所述三轴转台处于零位状态的平均角速度信息反向求解获得所述三轴转台外框架、中框架、内框架三个框架的驱动角速度信息。

【技术特征摘要】
1.一种三轴转台消除地速的方法，包括以下步骤：步骤S1：使得所述三轴转台处于零位状态并锁死，所述三轴转台包括外框架、中框架和内框架，测量所述三轴转台处于所述零位状态并且持续预定时间后的角速度检测装置的角速度信息，对所述角速度检测装置的角速度信息进行平均滤波，获得所述三轴转台处于零位状态的角速度信息，其中所述角速度检测装置安装在所述三轴转台的内框架上；和步骤S2：在所述三轴转台的仿真测试中，根据所述角速度检测装置的角速度信息、外框绕外框轴旋转角度、中框绕中框轴旋转角度、内框绕内框轴旋转角度以及所述三轴转台处于零位状态的平均角速度信息反向求解获得所述三轴转台外框架、中框架、内框架三个框架的驱动角速度信息。2.如权利要求1所述的三轴转台消除地速的方法，其特征在于，所述角速度检测装置包括陀螺。3.根据权利要求2所述的三轴转台消除地速的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，根据以下公式当转台处于零位状态时确定α＝β＝γ＝0ω外＝ω中＝ω内＝0R(γ)＝R(β)＝R(α)＝I；式中：外框绕外框轴旋转角度定义为α；中框绕中框轴旋转角度定义为β；内框绕内框轴旋转角度定义为γ；外框绕外框轴旋转角速...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳应权，万松，吴子轶，李晓红，李东，陆姗姗，刘爽，张静，
申请(专利权)人：上海微小卫星工程中心，
类型：发明
国别省市：上海,31