一种基于磁传感器和加表的航姿系统陀螺误差补偿方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于磁传感器和加表的航姿系统陀螺误差补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据磁强计的输出信息计算陀螺漂移误差补偿量；(2)根据加表实时测得的载体加速度信息获得陀螺漂移误差量；(3)建立陀螺误差补偿量求取模型，求取陀螺补偿误差；(4)建立陀螺输出误差补偿模型对陀螺输出数据进行误差补偿。本发明专利技术解决了由陀螺精度低、姿态解算随时间漂移，不能满足系统稳定应用的问题，可以有效抑制陀螺漂移，提高航姿系统姿态稳定性；具有较高的工程化应用价值和推广价值。

A gyro error compensation method of attitude system based on magnetic sensor and adding table

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁传感器和加表的航姿系统陀螺误差补偿方法
本专利技术属于惯性导航
，具体涉及一种基于磁传感器和加表的航姿系统陀螺误差补偿方法。
技术介绍
在惯性导航系统中，陀螺和加速度计(加表)的信息的漂移处理直接关系到载体导航的姿态的精度和稳定性，而姿态精度是反映载体运动的一个重要参数，其精度和稳定性对载体的速度、位置结算、目标识别跟踪、等有重要影响。通常姿态解算是根据陀螺的数据和载体的速度、位置信息实时计算载体姿态矩阵更新和姿态解算。但是由于陀螺的漂移误差会随着时间的增加不断的积累增大，尤其是低成本的MEMS陀螺漂移误差更大，使系统的姿态解算精度越来越低，因此陀螺误差漂移补偿在实际工程应用中起着重要作用。
技术实现思路
针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本专利技术提供了一种基于磁传感器和加表的航姿系统陀螺误差补偿方法，旨在解决现有技术中由于中低精度陀螺精度低、漂移误差大导致姿态解算精度差的技术问题，可以有效抑制陀螺漂移，提高航姿系统姿态稳定性；具有较高的工程化应用价值和推广价值。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于磁传感器和加表的航姿系统陀螺误差补偿方法，包括下述步骤：(1)根据磁传感器的输出信息计算陀螺漂移误差补偿量Δω(t)h；(2)根据加表信息计算陀螺漂移误差量Δω(t)a；(3)建立陀螺误差补偿量求取模型Δω(t)PI＝ΔωP(t)+ΔωI(t)；根据公式ΔωP(t)＝KP*Δω(t)g，ΔωI(t)＝ΔωI(t-1)+KI*Δω(t)g*dt以及所述陀螺漂移总误差量Δω(t)g，且Δω(t)g＝Δω(t)h+Δω(t)a，获得误差补偿量ΔωP(t)和ΔωI(t)，从而获得陀螺误差漂移补偿量Δω(t)PI；(4)建立陀螺输出误差补偿模型ω(t)＝ωg(t)+Δω(t)PI，根据所述陀螺误差补偿量对陀螺输出数据进行误差补偿。优选地，步骤(1)具体包括：(1.1)选择东北天地理坐标系作为导航坐标系，通过磁强计获得载体系下的磁场强度信息其中分别为载体在X轴、Y轴、Z轴的磁场强度信息；(1.2)根据公式求取地理坐标系下的磁场强度信息，为初始化得到的姿态矩阵；(1.3)根据公式对地理坐标系下的磁场强度信息进行标准化；(1.4)根据公式求取地理坐标系下的磁场强度信息在载体坐标系下的标准投影，为初始化得到的姿态矩阵；(1.5)将步骤(1.1)中的载体磁场强度信息与步骤(1.4)中的标准磁场强度投影进行叉乘后，获得磁传感器求取的陀螺漂移误差量其中Δω(t)t为根据磁场强度求取的陀螺漂移误差量；为磁强计获得载体系下的磁场强度信息为；ht地理坐标系下的磁场强度信息在载体坐标系下的标准投影。优选地，步骤(2)具体包括：(2.1)选择东北天地理坐标系作为导航坐标系并获得载体加速度信息其中axayaz分别为东北天地理坐标系下载体在X轴、Y轴、Z轴的加速度；(2.2)根据公式将所述载体的三维加速度信息转换为单位向量，其中获得所述载体的三维加速度的模值；(2.3)根据公式将重力在东北天地理坐标系下的投影转换为载体坐标系下的重力投影；其中，为初始化得到的姿态矩阵；g为当地重力加速度；(2.4)将步骤(1.2)中的单位向量与步骤(1.3)中的重力投影进行叉乘后，获得陀螺漂移误差量其中Δω(t)a为根据加速度计求取的陀螺漂移误差量；为单位化后的载体加速度参考量；为重力加速度在载体坐标系下的投影。优选地，步骤(3)具体包括：(3.1)求取陀螺陀螺漂移总误差Δω(t)g＝Δω(t)h+Δω(t)a，其中Δω(t)g陀螺陀螺漂移总误差；Δω(t)h为根据磁强计信息求取的陀螺漂移误差补偿量；Δω(t)a为根据加速度计信息求取的陀螺漂移误差补偿量；(3.2)建立陀螺误差补偿量求取模型Δω(t)PI＝ΔωP(t)+ΔωI(t)；(3.3)根据公式ΔωP(t)＝KP*Δω(t)g求取第一误差补偿调节量；其中ΔωP(t)为第一误差补偿调节量；KP为第一误差补偿调节量控制系数；Δω(t)g为陀螺陀螺漂移总误差；(3.4)根据公式ΔωI(t)＝ΔωI(t-1)+KI*Δω(t)g*dt求取第二误差补偿调节量；其中ΔωI(t)为第二误差补偿调节量；KI为第二误差补偿调节量控制系数；Δω(t)g为陀螺陀螺漂移总误差，dt为系统采样周期。优选地，步骤(4)具体包括：ω(t)＝ω(t)+Δω(t)PI(4.1)在载体坐标系下获得陀螺信息ωg(t)＝[ωxωyωz]T；其中ωxωyωz分别为三个陀螺的输出信息；(4.2)建立陀螺漂移误差补偿模型ω(t)＝ωg(t)+Δω(t)PI；其中ω(t)为陀螺补偿以后的输出；ωg(t)为陀螺补偿前的输出；Δω(t)PI为陀螺漂移误差补偿量；(4.3)将所述陀螺漂移误差补偿量Δω(t)PI以及载体坐标系下的陀螺信息代入所述陀螺漂移误差补偿模型中，获得补偿后的陀螺信息。上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术提供的基于磁传感器和加表的航姿系统陀螺误差补偿方法，以陀螺、加速度计、磁强计为基本数据传感器，并用磁强计信息和加速度计的信息对陀螺的漂移进行有效补偿，降低陀螺的漂移误差，从而提高惯导系统的姿态解算精度，本专利技术简单巧妙，符合实际需求进步显著且实用性强，能够大规模推广使用。附图说明图1是本专利技术实施例的基于磁传感器和加表的航姿系统陀螺误差补偿方法的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本专利技术进一步详细说明。作为本专利技术的一种较佳实施方式，本专利技术提供一种基于磁传感器和加表的航姿系统陀螺误差补偿方法，解决了由陀螺漂移误差大所导致的姿态解算精度较低，不能满足系统应用的问题。如图1所示，本专利技术实施例提供的基于磁传感器和加表的航姿系统陀螺误差补偿方法，包括以下几个步骤：步骤1：根据磁传感器的输出信息计算陀螺漂移误差补偿量Δω(t)h；步骤2：根据加表信息计算陀螺漂移误差量Δω(t)a；步骤3：求取陀螺陀螺漂移总误差Δω(t)g＝Δω(t)h+Δω(t)a；建立陀螺误差补偿量求取模型Δω(t)PI＝ΔωP(t)+ΔωI(t)；根据公式ΔωP(t)＝KP*Δω(t)g和ΔωI(t)＝ΔωI(t-1)+KI*Δω(t)g*dt以及所述陀螺漂移误差量Δω(t)g获得误差补偿量ΔωP(t)和ΔωI(t)，从而获得陀螺误差漂移补偿量Δω(t)PI；步骤4：建立陀螺输出误差补偿模型ω(t)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁传感器和加表的航姿系统陀螺误差补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)根据磁强计的输出信息计算陀螺漂移误差补偿量Δω(t)

【技术特征摘要】
1.一种基于磁传感器和加表的航姿系统陀螺误差补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据磁强计的输出信息计算陀螺漂移误差补偿量Δω(t)h；
(2)根据加表实时测得的载体加速度信息获得陀螺漂移误差量Δω(t)a；
(3)求取陀螺陀螺漂移总误差Δω(t)g＝Δω(t)h+Δω(t)a，根据Δω(t)g求取第一误差补偿调节量ΔωP(t)和第二误差补偿调节量ΔωI(t)；建立陀螺误差补偿量求取模型Δω(t)PI＝ΔωP(t)+ΔωI(t)，从而获得陀螺误差漂移补偿量Δω(t)PI；
(4)建立陀螺输出误差补偿模型ω(t)＝ωg(t)+Δω(t)PI，根据所述陀螺误差补偿量对陀螺输出数据进行误差补偿。


2.如权利要求1所述的基于磁传感器和加表的航姿系统陀螺误差补偿方法，其特征在于：
步骤(1)具体包括：
(1.1)选择东北天地理坐标系作为导航坐标系，通过磁强计获得载体系下的磁场强度信息其中分别为载体在X轴、Y轴、Z轴的磁场强度信息；
(1.2)根据公式求取地理坐标系下的磁场强度信息，为初始化得到的姿态矩阵；
(1.3)根据公式对地理坐标系下的磁场强度信息进行标准化；
(1.4)根据公式求取地理坐标系下的磁场强度信息在载体坐标系下的标准投影，为初始化得到的姿态矩阵；
(1.5)将步骤(1.1)中的载体磁场强度信息与步骤(1.4)中的标准磁场强度投影进行叉乘后，获得磁传感器求取的陀螺漂移误差量其中Δω(t)t为根据磁场强度求取的陀螺漂移误差量；为磁强计获得载体系下的磁场强度信息为；ht地理坐标系下的磁场强度信息在载体坐标系下的标准投影。


3.如权利要求1-2任一项所述的基于磁传感器和加表的航姿系统陀螺误差补偿方法，其特征在于：
步骤(2)具体包括：
(2.1)选择东北天地理坐标系作为导航坐标系并获得载体加速度信息其中axayaz分别为东北天地理坐标系下载体在X轴、Y轴、Z轴的加速度；
(2.2)根据公式将所述载体的三维加速度信息转换为单位向量，其中|fib|获得所述载体的三维加速度的模值；
(2.3)根据公式将重力在东北天地理坐标系下的投...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁海诠，陈薇，余俊延，潘静，郑磊，陈哲，彭宏韬，
申请(专利权)人：湖北三江航天红峰控制有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42