一种基于空速的微机械惯导滚动角确定方法技术

本发明专利技术涉及惯性导航技术，具体为一种基于空速的微机械惯导滚动角确定方法，其步骤包括确定机体在导航系下的航向角速率、计算机体向心加速度，建立状态方程和观测方程后进行卡尔曼滤波计算得到前向失准角，将状态转移矩阵修正后计算滚动角。相对于传统的利用微机械惯导系统纯惯性解算出滚动角而言，所计算出的滚动角精度和稳定性都有很大提升。

A method to determine the rolling angle of micro mechanical inertial navigation system based on airspeed

【技术实现步骤摘要】
一种基于空速的微机械惯导滚动角确定方法
本专利技术属于惯性导航技术，具体涉及一种基于空速的微机械惯导滚动角确定方法。
技术介绍
对于微机械惯导系统而言，由于其陀螺的零偏稳定性和重复性较差以及较大的输出噪声，尽管目前精度较高的微机械陀螺的零偏稳定性和重复性能够优于2°/h，但相对于高精度光学系统组成的惯导，仍不能在长时间纯惯性导航条件下保证其输出的姿态精度和稳定性，会对控制产生极为不利的影响，甚至导致运载体失控。且考虑到动态情况下的各种误差都会被激发，此时如果仅依靠惯性导航进行姿态解算将无法满足无人机姿态控制需求。成为此型号研制过程中必须解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于空速的微机械惯导滚动角确定方法，能够保证微机械惯导在卫星导航、视觉导航等外部辅助导航失效的条件下的滚动角计算精度和稳定性。本专利技术的技术方案如下：一种基于空速的微机械惯导滚动角确定方法，包括如下步骤：1)确定机体在导航系下的航向角速率即将捷联微机械惯导系统所测量得到的角速度转换到导航坐标系下；2)确定机体向心加速度as；3)建立状态方程其中状态量为Xk＝[φxφyφzεxεyεz]T；φx,φy,φz,εx,εy,εz分别为前向失准角、天向失准角、侧向失准角、X陀螺漂移、Y陀螺漂移、Z陀螺漂移；状态方程为：其中，为4)确定观测量，建立观测方程观测量观测方程其中，利用卡尔曼滤波计算得到前向失准角φx5)确定滚动角修正矩阵得到修正后的矩阵利用下式确定滚动角γ所述步骤1)中其中，为惯导系统所测得的载体系下的y、z向角速度，θ、γ为上一时刻机体的俯仰角和滚动角。所述步骤2)中其中，vair为大气测量系统所测得的空速，as为向心加速度。所述的步骤5)中采用下式修正矩阵其中，侧向加速度只考虑机体在转弯时的向心加速度。本专利技术的显著效果如下：通过大气测量系统所测得的空速与微机械惯导系统所测得的导航参数对机体的向心加速度进行计算，建立了机体飞行时的动力学模型，进而利用卡尔曼滤波器将所测量和计算的参数相融合，得到了一种基于空速的微机械惯导的滚动角计算的算法，相对于传统的利用微机械惯导系统纯惯性解算出滚动角而言，本方法所计算出的滚动角精度和稳定性都有很大提升。具体实施方式下面对本专利技术作进一步说明。步骤1、计算机体在导航系下的航向角速率由于捷联微机械惯导系统所测量得到的角速度为载体坐标系下的，因而其需要转换到导航坐标系下使用。计算公式如下：其中，为机体在导航系下的航向角速率，为惯导系统所测得的载体系下的y、z向角速度，θ、γ为上一时刻机体的俯仰角和滚动角。步骤2、由空速和航向角速度计算机体向心加速度机体在飞行过程中，侧向加速度主要为机体在转弯时的向心加速度，向心加速度as可利用空速信息和陀螺输出而计算得到：其中vair为大气测量系统所测得的空速，as为向心加速度。步骤3、建立状态方程状态变量的选取：Xk＝[φxφyφzεxεyεz]T其中，φx,φy,φz,εx,εy,εz分别为前向失准角、天向失准角、侧向失准角、X陀螺漂移、Y陀螺漂移、Z陀螺漂移。由捷联惯导姿态误差方程可得本方法的状态方程为：其中，为步骤4、建立观测方程在机体匀速直飞或水平转弯时，除侧向加速度外，机体还受到重力加速度作用，因此，在航行水平坐标系p下其加速度为：[0gas]T则由惯导系统所测得的载体系下的加速度与真实加速度之间的关系为：即可得到观测量和观测方程为：步骤5、确定滚动角在利用卡尔曼滤波计算得到前向失准角φx后，用其修正含有误差的矩阵，得到滚动角：其中，则滚动角γ的计算式为：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于空速的微机械惯导滚动角确定方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)确定机体在导航系下的航向角速率

【技术特征摘要】
1.一种基于空速的微机械惯导滚动角确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)确定机体在导航系下的航向角速率即将捷联微机械惯导系统所测量得到的角速度转换到导航坐标系下；
2)确定机体向心加速度as；
3)建立状态方程
其中状态量为Xk＝[φxφyφzεxεyεz]T；
φx,φy,φz,εx,εy,εz分别为前向失准角、天向失准角、侧向失准角、X陀螺漂移、Y陀螺漂移、Z陀螺漂移；
状态方程为：






其中，为
4)确定观测量，建立观测方程
观测量
观测方程
其中，
利用卡尔曼滤波计算得到前向失准角φx
5)确定滚动角
修正矩阵得到修正后的矩阵
利用下式确定滚动角γ

【专利技术属性】
技术研发人员：张东明，徐超，邱宏波，于华男，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11