一种具有两轴框架的惯性稳定设备的视轴惯性稳定方法技术

本发明专利技术公开了一种具有两轴框架的惯性稳定设备的视轴惯性稳定方法，首先，通过手动设定方式或通过预设算法获得两轴框架的视轴在地理坐标系下的横滚角Rd和俯仰角Ed；实时采集导航设备输出的惯性稳定设备所在载体的横滚角γ和俯仰角θ；求解出两轴框架角中的最终横滚角Rend；基于最终横滚角Rend求解出两轴框架角中的最终俯仰角Eend；最后利用实时采集的两轴框架的横滚角测量值R和俯仰角测量值E，结合最终横滚角Rend和最终俯仰角Eend，采用下式求解滚动的补偿角度Rc和俯仰的补偿角度Ec，提供给两轴框架角度控制装置。使用本发明专利技术能够提高视轴稳定精度。

A LOS INERTIAL STABILIZATION METHOD FOR INERTIAL STABILIZATION EQUIPMENT WITH TWO-AXIS FRAME

The invention discloses an inertial stabilization method of the line of sight of inertial stabilization equipment with two axes frame. Firstly, the roll angle Rd and pitch angle Ed of the line of sight of the two axes frame in the geographic coordinate system are obtained by manual setting or by preset algorithm; the roll angle gamma and pitch angle theta of the carrier of the inertial stabilization equipment output from the navigation equipment are acquired in real time; and the two axes frame angle is solved. The final roll angle Rend; the final pitch angle Eend in the two-axis frame angle is solved based on the final roll angle Rend; finally, the roll angle measurement R and pitch angle measurement E of the two-axis frame collected in real time are combined with the final roll angle Rend and the final pitch angle Eend, and the rolling compensation angle Rc and pitch compensation angle Ec are solved by the lower formula, which are provided to the two-axis frame angle control device. \u3002 The method can improve the stability accuracy of the sight axis.

【技术实现步骤摘要】
一种具有两轴框架的惯性稳定设备的视轴惯性稳定方法
本专利技术涉及惯性稳定设备的控制方法，尤其涉及一种具有两轴框架的惯性稳定设备的视轴惯性稳定方法。
技术介绍
末制导系统、雷达稳定都是需要视轴稳定的惯性稳定设备。其中，末制导系统在强阵风，强干扰的情况下，跟踪丢目标后，就起不到精确打击的目的；舰船的雷达因为船体摇摆不能保证视轴稳定，无法精确扫描或跟踪目标。因此诸如末制导系统、雷达这种包含框架结构的惯性稳定设备，其设备视轴都是需要进行稳定控制的。现有技术的视轴惯性稳定方法基本是在框架上安装测角仪，然后根据测角仪检测量进行位置闭环控制。但是只基于测角仪检测量进行位置闭环控制，其稳定精度不高；而且框架至少是两轴框架结构，根据安装框架的内外先后顺序又有很多组合方式，这就给高精度稳定控制带来了影响。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种具有两轴框架的惯性稳定设备的视轴惯性稳定方法，能够提高视轴稳定精度。为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：一种具有两轴框架的惯性稳定设备的视轴惯性稳定方法，包括：步骤一、通过手动设定方式或通过预设算法获得两轴框架的视轴在地理坐标系下的横滚角Rd和俯仰角Ed；步骤二、实时采集导航设备输出的惯性稳定设备所在载体的横滚角γ和俯仰角θ；步骤三、利用公式(I)求解出两轴框架角中的最终横滚角Rend：-sinRend＝sinγcosRd-cosγcosθsinRd(I)步骤四、基于最终横滚角Rend，利用公式(II)求解出两轴框架角中的最终俯仰角Eend：cosEendcosRend＝-sinθcosγcosEd+cosγcosθsinEd(II)步骤五、利用实时采集的两轴框架的横滚角测量值R和俯仰角测量值E，结合最终横滚角Rend和最终俯仰角Eend，采用下式求解滚动的补偿角度Rc和俯仰的补偿角度Ec，提供给两轴框架角度控制装置：Rc＝Rend-REc＝Eend-E。优选地，步骤一所述通过预设算法获得两轴框架的视轴在地理坐标系下的横滚角Rd和俯仰角Ed为：采集一次两轴框架的横滚角测量值R0和俯仰角测量值E0、以及惯性稳定设备所在载体的横滚角测量值γ0和俯仰角测量值θ0；将测量值R0、E0、γ0、θ0代入公式(III)(IV)，计算视轴在地理坐标系下的俯仰角Ed：Ed＝arcsin(txyyx31)(IV)其中，txyyx11、txyyx21、txyyx31为中间量；将测量值R0、E0、γ0、θ0代入公式(V)(VI)，计算视轴在地理坐标系下的横滚角Rd：Rd＝arcsin(txyyx31′)(VI)其中，X-1Y-1为导航设备输出向量从载体坐标系变换至当地地理坐标系的逆变换矩阵，其是先滚动角变换再俯仰角变换；Rj-1Ej-1为两轴框架向量从两轴框架坐标系变换至载体坐标系的逆变换矩阵，其是先俯仰角变换再滚动角变换；其中，txyyx11’、txyyx21’、txyyx31’为中间量；有益效果：本专利技术引入了惯性稳定设备上所配备的导航设备的测量值，根据惯性稳定的需求，推算两轴框架结构的运动情况，以确保两轴框架的惯性稳定。在推算中，基于安装框架的内外先后顺序，在坐标转换时特别考虑了坐标变换顺序，并且考虑到东北天坐标系与视轴某方向重合的因素，进行了简化，从而获得了计算简单而精确的惯性稳定模型，从而提高了视轴的稳定精度。附图说明图1为本专利技术具有两轴框架的惯性稳定设备的视轴惯性稳定方法的流程图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种具有两轴框架的惯性稳定设备的视轴惯性稳定方法，其基本思想是：针对两轴框架稳定设备，外框架为横滚环，内框架为俯仰环，视轴一般都安装在内框架上；本专利技术根据惯性稳定设备上配备的导航设备的输出，确定两轴框架对当地地理坐标系姿态角，根据惯性稳定的需求，推算两轴框架结构的运动情况，以确保两轴框架的惯性稳定。一、首先进行符号的定义惯性稳定设备所在载体(例如载体和飞机)姿态的符号定义：γ为载体横滚角，θ为载体俯仰角(单位：弧度)；该载体姿态在本专利技术中由导航设备输出向量得到。载体姿态的方向定义：载体横滚角，γ以载体的右弦向下为正，反之为负；载体俯仰角θ，以抬头为正，低头为负；惯性稳定设备中两轴框架角度(即视轴向量)的符号定义：R为框架横滚角，E为框架俯仰角(R,E代表在相应轴向上的转动，单位弧度)；两轴框架角度的方向定义：框架横滚角R，以框架右弦向下为正；框架俯仰角E，以框架抬头为正；两轴框架角度相对载体的坐标转换后对应的角度：Rj表示横滚角；Ej表示俯仰角，Aj表示航向角(方位角)，在两轴框架系统中为Aj为0°。两轴框架角度对大地地理坐标系的坐标转换后对应的角度：Rd表示横滚角；Ed表示俯仰角；Ad表示航向角(方位角)，在两轴框架系统中为Ad为0°。当地地理坐标系对载体的坐标转换后，对应的角度：Rj′横滚角；Ej′俯仰角。正变换：当地地理坐标系到载体坐标系坐标变换称为正变换，从载体坐标系到两轴框架坐标系坐标变换也称为正变换；逆变换：从两轴框架坐标系载体坐标系坐标变换称为逆变换，从载体坐标系到当地地理坐标系坐标变换也称为逆变换。导航设备输出的横滚角、俯仰角的正变换矩阵：导航设备输出的横滚角、俯仰角从载体坐标系变换至当地地理坐标系的逆变换矩阵：框架的横滚角、俯仰角从两轴框架坐标系变换至载体坐标系的逆变换矩阵：二、视轴对当地地理坐标系姿态解算2.1坐标变换矩阵方法：从视轴向量到当地地理坐标系的坐标变换。坐标变换顺序：视轴向量由两轴框架坐标系旋转变换至载体坐标系，再由载体坐标系旋转变换至当地地理坐标系。视轴向量旋转变换至载体坐标系的变换矩阵：Rj-1*Ej-1(先俯仰角变换再横滚角变换，从内环到外环的运动)。其中，*表示矩阵的相乘；载体坐标系旋转至当地地理坐标系的变换矩阵：X-1*Y-1(先横滚角变换再俯仰角变换)。所以：[当地地理坐标系矩阵]＝Md*[视轴向量]Md＝X-1*Y-1*Rj-1*Ej-1(4)2.2视轴俯仰角的解算方法：在东北天OXYZ坐标系与Y轴重合的向量，取视轴上的坐标向量[0；1；0]。经坐标变换，将视轴向量[0；1；0]坐标变换到大地地理坐标系中：设中间量为[txyyx11；txyyx21；txyyx31]，则则视轴在当地地理坐标系的俯仰角Ed:Ed＝arcsin(txyyx31)(6)Ed的解算中只用到了txyyx31。2.3视轴横滚角的解算方法：在东北天OXYZ坐标系与X轴重合的向量，取视轴上的坐标向量[1；0；0]。经坐标变换，将视轴向量[1；0；0]坐标变换到大地地理坐标系中：设中间量为[tzxyzyx11′；tzxyzyx21′；tzxyzyx31′]，则：则视轴在当地地理坐标系的横滚角Rd：Rd＝arcsin(txyyx31′)(8)Rd的解算中只用到了txyyx31’。三、视轴保持惯性稳定时，姿态解算补偿角度算法方法：两轴框架坐标系至载体坐标系之间的变换，视轴当地地理坐标至载体坐标变换，通过这两种变换，都取得了载体坐标系下的向量表示形式，两边求等式，进而求解补偿的俯仰角、横滚角的角度。3.1两轴框架坐标系至载体坐标系变换通过两轴坐标系到载体坐标系的变换求得视轴的相对载体的俯仰角和横滚角。两轴坐标系到载体坐标系的变换顺序本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有两轴框架的惯性稳定设备的视轴惯性稳定方法，其特征在于，包括：步骤一、通过手动设定方式或通过预设算法获得两轴框架的视轴在地理坐标系下的横滚角Rd和俯仰角Ed；步骤二、实时采集导航设备输出的惯性稳定设备所在载体的横滚角γ和俯仰角θ；步骤三、利用公式(I)求解出两轴框架角中的最终横滚角Rend：‑sinRend＝sinγcosRd‑cosγcosθsinRd             (I)步骤四、基于最终横滚角Rend，利用公式(II)求解出两轴框架角中的最终俯仰角Eend：cosEendcosRend＝‑sinθcosγcosEd+cosγcosθsinEd       (II)步骤五、利用实时采集的两轴框架的横滚角测量值R和俯仰角测量值E，结合最终横滚角Rend和最终俯仰角Eend，采用下式求解滚动的补偿角度Rc和俯仰的补偿角度Ec，提供给两轴框架角度控制装置：Rc＝Rend‑REc＝Eend‑E。

【技术特征摘要】
1.一种具有两轴框架的惯性稳定设备的视轴惯性稳定方法，其特征在于，包括：步骤一、通过手动设定方式或通过预设算法获得两轴框架的视轴在地理坐标系下的横滚角Rd和俯仰角Ed；步骤二、实时采集导航设备输出的惯性稳定设备所在载体的横滚角γ和俯仰角θ；步骤三、利用公式(I)求解出两轴框架角中的最终横滚角Rend：-sinRend＝sinγcosRd-cosγcosθsinRd(I)步骤四、基于最终横滚角Rend，利用公式(II)求解出两轴框架角中的最终俯仰角Eend：cosEendcosRend＝-sinθcosγcosEd+cosγcosθsinEd(II)步骤五、利用实时采集的两轴框架的横滚角测量值R和俯仰角测量值E，结合最终横滚角Rend和最终俯仰角Eend，采用下式求解滚动的补偿角度Rc和俯仰的补偿角度Ec，提供给两轴框架角度控制装置：Rc＝Rend-REc＝Eend-E。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：可伟，马西保，王雪，姜校亮，李健一，
申请(专利权)人：河北汉光重工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北,13