一种基于角速度高次多项式的姿态更新方法技术

本发明专利技术公开一种基于角速度高次多项式的姿态更新方法。包括如下步骤：1)基于陀螺连续输出的N个角增量采样和圆锥运动环境下多项式系数在圆锥轴上的数值关系规律建立角速度高次拟合多项式模型；2)利用得到的角速度高次拟合多项式系数和等效旋转矢量的微分方程，由泰勒级数展开求解等效旋转矢量；3)根据等效旋转矢量的计算值，以四元数的形式描述姿态更新周期内的载体的姿态变化。本发明专利技术在姿态计算过程中可有效补偿刚体转动引起的不可交换性误差，利用高精度姿态解算结果参与速度解算和位置解算，提高载体导航精度。

An attitude updating method based on high degree polynomial of angular velocity

The invention discloses an attitude updating method based on high degree polynomial of angular velocity. It includes the following steps: 1) based on the incremental sampling of N angles of the continuous output of the gyroscope and the numerical relationship of the polynomial coefficients on the conic axis in the conic motion environment, the high degree fitting polynomial model of the angular velocity is established; 2) the differential equation of the high degree fitting polynomial coefficients of the angular velocity and the equivalent rotation vector is obtained, and the equivalent rotation vector is solved by Taylor series expansion; 3) according to the equivalent rotation vector The calculated value of the vector, in the form of quaternion, describes the attitude change of the carrier during the attitude updating period. In the process of attitude calculation, the invention can effectively compensate the non exchangeable error caused by the rotation of rigid body, and use the high-precision attitude solution result to participate in the speed solution and position solution, so as to improve the carrier navigation accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于角速度高次多项式的姿态更新方法
本专利技术属于导航定位
，具体涉及一种姿态更新方法，适用于捷联式惯性导航系统(SINS)的姿态解算。
技术介绍
姿态更新是机器人、无人机、车辆自主驾驶、飞行器精确制导与控制等领域的核心问题。捷联式惯性导航系统(StrapdownInertialNavigationSystem，SINS)利用载体上的惯性仪表(陀螺仪、加速度计)测量姿态的角运动和线运动信息，并由导航计算机根据导航算法对惯性仪表输出值进行实时处理，完成姿态、速度和位置等导航参数的实时更新。其中，姿态更新是SINS导航算法的关键，也是决定SINS导航精度的主要因素之一。载体角运动是一个连续过程，而角运动测量(陀螺仪采样)却是一个离散过程，这就带来了姿态更新过程中的不可交换性误差，即所谓的刚体有限转动的不可交换性误差。不可交换性误差是姿态更新算法中的原理性误差，不可交换性误差的补偿是提高姿态更新算法精度的关键之一。当前，对不可交换性误差补偿的主流方法为等效旋转矢量法及其各类改进算法，该类算法的核心在于基于确定的角运动模型(多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于角速度高次多项式的姿态更新方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n1)基于陀螺连续输出的N个角增量采样和圆锥运动环境下多项式系数在圆锥轴上的数值关系规律建立角速度的N或N+1次多项式拟合模型；/n2)利用得到的角速度高次拟合多项式系数和等效旋转矢量的微分方程，由泰勒级数展开求解等效旋转矢量；/n3)根据等效旋转矢量的计算值，以四元数的形式描述姿态更新周期内的载体的姿态变化。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于角速度高次多项式的姿态更新方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)基于陀螺连续输出的N个角增量采样和圆锥运动环境下多项式系数在圆锥轴上的数值关系规律建立角速度的N或N+1次多项式拟合模型；
2)利用得到的角速度高次拟合多项式系数和等效旋转矢量的微分方程，由泰勒级数展开求解等效旋转矢量；
3)根据等效旋转矢量的计算值，以四元数的形式描述姿态更新周期内的载体的姿态变化。


2.根据权利要求1所述的基于角速度高次多项式的姿态更新方法，其特征在于，所述步骤1)包括：
11)在姿态更新周期[0Nh]内，陀螺仪连续输出N个角增量采样记为Δθi(i＝1,2,…N)，其中h为陀螺仪的采样周期，N为子样数；
12)根据载体运动角速度的拟合多项式得到圆锥运动环境下多项式系数在圆锥轴上的数值关系规律，其中，载体运动角速度的拟合多项式为：



其中，为载体多项式拟合角速度，(i+1)a′i+1为(3×1)维的拟合系数矩阵；
多项式系数的数值关系规律近似如下：
a′j+1×a′k+1＝k0a′l+1×a′m+1,j+k＝l+m＝2n+1,n＝1,2,…
其中，a′j+1，a′k+1，a′l+1和a′m+1分别为角速度的拟合多项式中tj，tk，tl和tm项的系数，j,k,l,m分别为一非负整数，它们满足j+k＝l+m＝2n+1这种数值关系，k0为一非零常数；
13)建立角速度的N或N+1次多项式拟合模型。


3.根据权利要求2所述的基于角速度高次多项式的姿态更新方法，其特征在于，所述步骤12)中得到圆锥运动环境下多项式系数在圆锥轴上的数值关系规律的过程如下：
根据载体运动角速度的拟合多项式：
以及圆锥运动下载体运动角速度ω(t)的表达式：其中，α为圆锥运动的半锥角，ω0为圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘锡祥，郭小乐，王艺晓，曾继超，沈航，刘剑威，马晓爽，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32