一种微惯导系统误差自主抑制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种微惯导系统误差自主抑制方法，所述方法包括：实时获取弹体的滚动角；构建最小二乘状态变量；构建最小二乘观测变量；根据最小二乘状态变量和最小二乘观测变量获取最小二乘量测方程，并根据最小二乘量测方程进行最小二乘估计，得到对准初始时刻的滚动角估计值；构建卡尔曼滤波状态方程；构建卡尔曼滤波观测方程；根据卡尔曼滤波状态方程和卡尔曼滤波观测方程进行卡尔曼滤波，以获取陀螺标度因数误差估计值和修正后的陀螺标度因数，从而实现微惯导系统误差的自主抑制。本发明专利技术能够解决现有技术中制导炮弹用微惯导系统会由于量级高且持续时间长的炮弹发射冲击导致陀螺标度因数产生较大的变化，进而导致微惯导系统性能下降的技术问题。统性能下降的技术问题。统性能下降的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种微惯导系统误差自主抑制方法


[0001]本专利技术涉及高速旋转的制导炮弹用微惯导系统
，尤其涉及一种微惯导系统误差自主抑制方法。

技术介绍

[0002]高过载微惯导系统不仅具有体积小、重量轻、自主性强、隐蔽性好等特点，而且具有抗高过载恶劣力学环境的突出特点，在制导炮弹、电磁导轨炮弹、超远程制导炮弹等使用领域有着广阔的应用前景。
[0003]制导炮弹在飞行过程中会同时存在高速旋转运动，即一边前进一边绕其弹体纵轴旋转，可以通过高速旋转所产生的陀螺效应获得一定的稳定性。制导炮弹出口转速通常在几十转每秒，即使通过减旋，微惯导系统在通电瞬间，弹体转速通常也在十转每秒以上，这就需要微惯导系统的角速率测量范围最高达到每秒几千度左右，由于弹体飞行过程中高速旋转，对于微惯导系统而言，旋转轴标度因数误差会对微惯导系统精度产生至关重要的影响。
[0004]制导炮弹用微惯导系统通常在发射后空中通电完成初始对准以及组合导航，炮弹发射过程中量级高达10000g，持续时间约10ms的发射冲击会导致陀螺标度因数产生较大的变化，进而导致微惯导系统性能下降。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种微惯导系统误差自主抑制方法，能够解决现有技术中制导炮弹用微惯导系统会由于量级高且持续时间长的炮弹发射冲击导致陀螺标度因数产生较大的变化，进而导致微惯导系统性能下降的技术问题。
[0006]根据本专利技术的一方面，提供了一种微惯导系统误差自主抑制方法，所述方法包括：
[0007]利用微惯导系统实时获取弹体的滚动角；
[0008]根据对准初始时刻的滚动角构建最小二乘状态变量；
[0009]根据当前时刻的滚动角构建最小二乘观测变量；
[0010]根据最小二乘状态变量和最小二乘观测变量获取最小二乘量测方程，并根据最小二乘量测方程进行最小二乘估计，得到对准初始时刻的滚动角估计值；
[0011]以滚动角误差、陀螺标度因数误差和陀螺零位作为卡尔曼滤波状态变量构建卡尔曼滤波状态方程；
[0012]以相邻滤波时刻最小二乘估计得到的对准初始时刻的滚动角估计值的差值作为卡尔曼滤波观测变量构建卡尔曼滤波观测方程；
[0013]根据卡尔曼滤波状态方程和卡尔曼滤波观测方程进行卡尔曼滤波，以获取陀螺标度因数误差估计值和修正后的陀螺标度因数，从而实现微惯导系统误差的自主抑制。
[0014]优选的，通过下式构建卡尔曼滤波状态方程：
[0015][0016]其中，
[0017]式中，为卡尔曼滤波状态变量，F为连续状态方程状态转移矩阵，为系统随机噪声向量，δγ为滚动角误差，δk
x
为X轴陀螺标度因数误差，ε
bx
为X轴陀螺零位，为X轴陀螺敏感的旋转轴角速率。
[0018]优选的，通过下式构建卡尔曼滤波观测方程：
[0019][0020][0021]式中，为卡尔曼滤波观测变量，为卡尔曼滤波观测矩阵，为观测噪声，为当前滤波时刻最小二乘估计得到的对准初始时刻的滚动角估计值，为上一滤波时刻最小二乘估计得到的对准初始时刻的滚动角估计值。
[0022]优选的，利用微惯导系统实时获取弹体的滚动角包括：
[0023]获取微惯导系统输出的导航坐标系下的角速率信息；
[0024]根据导航坐标系下的角速率信息获取载体坐标系下的角速率信息；
[0025]根据载体坐标系下的角速率信息获取弹体的滚动角。
[0026]优选的，通过下式获取载体坐标系下的角速率信息：
[0027][0028]其中，
[0029]通过下式获取弹体的滚动角：
[0030][0031]其中，
[0032]式中，为载体坐标系X轴陀螺角速率，为载体坐标系Y轴陀螺角速率，为载体坐标系Z轴陀螺角速率，为滚动角速率，为航向角速率，为俯仰角速率，c1为绕X轴转动的转换矩阵，c3为绕Z轴转动的转换矩阵，γ为弹体的滚动角，θ为弹体的俯仰角，为弹体的航向角。
[0033]优选的，通过下式构建最小二乘状态变量：
[0034]X＝[cos(γ0) sin(γ0)]T
；
[0035]通过下式构建最小二乘观测变量：
[0036]Z＝[sin(γ) cos(γ)]T
；
[0037]式中，X为最小二乘状态变量，γ0为对准初始时刻的滚动角，Z为最小二乘观测变量，γ为当前时刻的滚动角。
[0038]优选的，根据最小二乘状态变量和最小二乘观测变量获取最小二乘量测方程，并根据最小二乘量测方程进行最小二乘估计，得到对准初始时刻的滚动角估计值包括：
[0039]根据最小二乘状态变量和最小二乘观测变量获取最小二乘观测矩阵；
[0040]根据最小二乘状态变量、最小二乘观测变量和最小二乘观测矩阵获取最小二乘量测方程；
[0041]根据最小二乘量测方程获取最小二乘量测方程组，其中，最小二乘量测方程组包括r个最小二乘量测方程，r为对准期间测量次数；
[0042]根据最小二乘量测方程组获取最小二乘状态变量的估计值，从而得到最小二乘估计得到的对准初始时刻的滚动角估计值。
[0043]优选的，通过下式获取最小二乘观测矩阵：
[0044][0045]通过下式获取最小二乘量测方程：
[0046]Z＝HX+V；
[0047]通过下式获取最小二乘量测方程组：
[0048][0049]式中，H为最小二乘观测矩阵，t为时间，V为量测噪声，Z1、Z2、......、Z
r
分别为第一、第二、......、第r次测量的最小二乘观测变量，H1、H2、......、H
r
分别为第一、第二、......、第r次测量的最小二乘观测矩阵，V1、V2、......、V
r
分别为第一、第二、......、第r次测量的量测噪声。
[0050]优选的，通过下式获取最小二乘状态变量的估计值：
[0051][0052]通过下式得到最小二乘估计得到的对准初始时刻的滚动角估计值：
[0053][0054]式中，为最小二乘状态变量的估计值，为对准初始时刻的滚动角估计值，为最小二乘状态变量的估计值的第一个元素，为最小二乘状态变量的估计值的第二个元素。
[0055]根据本专利技术的又一方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一所述方法。
[0056]应用本专利技术的技术方案，先利用微惯导系统实时获取弹体的滚动角，再通过最小二乘估计出对准初始时刻的滚动角估计值，然后采用卡尔曼滤波方法，利用相邻滤波时刻最小二乘估计得到的对准初始时刻的滚动角估计值的差值作为卡尔曼滤波观测变量，以获取陀螺标度因数误差估计值和修正后的陀螺标度因数，从而实现微惯导系统误差的自主抑制，提高了微惯导系统导航精度。本专利技术的方法便于工程实现且不依赖外界辅助信息，可广本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微惯导系统误差自主抑制方法，其特征在于，所述方法包括：利用微惯导系统实时获取弹体的滚动角；根据对准初始时刻的滚动角构建最小二乘状态变量；根据当前时刻的滚动角构建最小二乘观测变量；根据最小二乘状态变量和最小二乘观测变量获取最小二乘量测方程，并根据最小二乘量测方程进行最小二乘估计，得到对准初始时刻的滚动角估计值；以滚动角误差、陀螺标度因数误差和陀螺零位作为卡尔曼滤波状态变量构建卡尔曼滤波状态方程；以相邻滤波时刻最小二乘估计得到的对准初始时刻的滚动角估计值的差值作为卡尔曼滤波观测变量构建卡尔曼滤波观测方程；根据卡尔曼滤波状态方程和卡尔曼滤波观测方程进行卡尔曼滤波，以获取陀螺标度因数误差估计值和修正后的陀螺标度因数，从而实现微惯导系统误差的自主抑制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过下式构建卡尔曼滤波状态方程：其中，式中，为卡尔曼滤波状态变量，F为连续状态方程状态转移矩阵，为系统随机噪声向量，δγ为滚动角误差，δk
x
为X轴陀螺标度因数误差，ε
bx
为X轴陀螺零位，为X轴陀螺敏感的旋转轴角速率。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过下式构建卡尔曼滤波观测方程：3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过下式构建卡尔曼滤波观测方程：式中，为卡尔曼滤波观测变量，为卡尔曼滤波观测矩阵，为观测噪声，为当前滤波时刻最小二乘估计得到的对准初始时刻的滚动角估计值，为上一滤波时刻最小二乘估计得到的对准初始时刻的滚动角估计值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用微惯导系统实时获取弹体的滚动角包括：获取微惯导系统输出的导航坐标系下的角速率信息；根据导航坐标系下的角速率信息获取载体坐标系下的角速率信息；根据载体坐标系下的角速率信息获取弹体的滚动角。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过下式获取载体坐标系下的角速率信息：
其中，通过下式获取弹体的滚动角：其中，式中，为载体坐标系X轴陀螺角速率，为载体坐标系Y轴陀螺角速率，为载体坐标系Z轴陀螺角速率，为滚动角速率，为航向角速率，为俯仰角速率，c1为绕X轴转动的转换矩阵，c3为绕Z轴转动的转换矩阵，γ为弹体的滚动角，θ为弹体的俯仰角，为弹体的航向角。...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚克军，邓继权，邹思远，郭玉胜，刘冲，刘洋，周亚男，
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：