一种多源数据融合的MEMS航姿校准方法技术

本发明专利技术提出一种多源数据融合的MEMS航姿校准方法，充分利用MEMS陀螺、加计、外部方位姿态信息实现系统方位姿态校准。本方法在不增加任何硬件成本，不改变MEMS航姿产品整体构架的情况下，通过软件控制实现空中、地面情况下的MEMS航姿长时精度保持，提高了MEMS航姿产品的应用场景。应用场景。应用场景。

【技术实现步骤摘要】
一种多源数据融合的MEMS航姿校准方法


[0001]本专利技术属于MEMS航姿校准
，特别涉及一种多源数据融合的MEMS航姿校准方法。

技术介绍

[0002]MEMS航姿系统作为飞机主要航姿信息源，需要提供飞机的方位、俯仰和倾斜角度等信息。在战场环境等场景下，飞机可能需要在无卫星导航信息条件下实现方位角、姿态角的保持，此时传统的卡尔曼滤波组合导航方法就无法使用。
[0003]MEMS陀螺和加速度计作为MEMS航姿的核心元器件，其性能优劣直接影响MEMS航姿的性能，但受限于国产MEMS传感器的微机电制造工艺，导致目前MEMS传感器的性能较光纤传感器的性能差距较大，因此在无外部卫星导航信息的情况下，目前MEMS传感器无法保持长时精度。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中MEMS航姿长时精度无法保持的问题，本专利技术提供了一种多源数据融合的MEMS航姿校准方法，充分利用MEMS陀螺、加计、外部方位姿态信息实现系统方位姿态校准。本方法在不增加任何硬件成本，不改变MEMS航姿产品整体构架的情况下，通过软件控制实现空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多源数据融合的MEMS航姿校准方法，其特征在于，包括方位角融合修正和姿态高度融合修正两部分内容，方位角融合修正包括以下步骤：步骤一：实时接收外部方位角、姿态数据及磁航向数据；步骤二：当接收到外部方位角、姿态数据且数据有效时，对外部方位角数据融合处理标志及外部姿态数据融合处理标志进行更新；当接收到磁航向数据且数据有效时，对磁航向数据融合处理标志进行更新；步骤三：判断外部方位角数据融合处理标志是否有效，若标志无效，则执行步骤四；若标志有效，则执行步骤五；步骤四：判断磁航向数据融合处理标志是否有效，若标志无效，则返回步骤一，若标志有效，则执行步骤十三；步骤五：根据接收到的外部方位角和姿态信息，建立主惯坐标系下的四元数；步骤六：根据步骤五建立的四元数信息，建立主惯坐标系下的姿态矩阵；步骤七：根据主惯与航姿的实际安装误差值以及步骤六中建立的主惯坐标系下的姿态矩阵信息，实现主惯坐标系到航姿坐标系下的姿态矩阵转换，补偿MEMS航姿和主惯之间的安装误差；步骤八：根据步骤七中计算得到的姿态矩阵，计算转换后的外部方位角ψ
外
；步骤九：根据步骤八计算的外部方位角ψ
外
，结合系统自身解算的方位角ψ
主
，按照公式(8)计算差值，若Δψ绝对值大于零，则执行步骤十，否则返回步骤一；Δψ＝ψ
主
‑
ψ
外
ꢀꢀꢀꢀ
(8)步骤十：计数器开始自增计数；步骤十一：判断计数值是否达到参考阈值，若是则执行步骤十二，否则返回步骤一；步骤十二：若步骤九中的外部方位角ψ
外
以及系统自身解算的方位角ψ
主
在设定的范围内，且步骤九计算得到的Δψ大于参考阈值，则执行步骤二十二，否则返回步骤一；步骤十三：计算系统方位角1s增量，其中，ψ
HDG0
初值为零；Δψ
HDG
＝ψ
主
‑
ψ
HDG0
ꢀꢀꢀꢀ
(9)步骤十四：计算磁航向1s增量，其中，ψ
MHDG0
初值为零；Δψ
MHDG
＝ψ
MHDG
‑
ψ
MHDG0
ꢀꢀꢀꢀ
(10)步骤十五：根据步骤十三计算出来的系统方位角增量和步骤十四计算出来的磁航向增量，按照公式(11)计算磁航向变化率和系统方位角变化率的差值；Δψ1＝Δψ
MHDG
‑
Δψ
HDG
ꢀꢀꢀꢀ
(11)步骤十六：按照公式(12)、公式(13)保存当前的系统方位角和磁航向信息为下1s校准时使用；ψ
HDG0
＝ψ
主
ꢀꢀꢀꢀ
(12)ψ
MHDG0
＝ψ
MHDG
ꢀꢀꢀꢀ
(13)步骤十七：判断是否满足磁航向融合处理条件，若是，则执行步骤十八，否则返回步骤一，其中磁航向融合处理条件为：方位角变化率与磁航向角变化率的差值、系统姿态角、三轴角速率及三轴机体加速度均小于设定阈值；步骤十八：计数器开始自增计数；
步骤十九：判断计数值是否达到参考阈值，则执行步骤二十，否则返回步骤一；步骤二十：按照公式(14)计算磁航向与方位角误差；Δψ＝ψ
MHDG
‑
ψ
主
ꢀꢀꢀꢀ
(14)步骤二十一：将步骤二十计算得到的磁航向和系统方位角之间的误差转为
±
180
°
之间；步骤二十二：按照公式(15)校准系统方位角；其中λ为校准参数；ψ
主
＝ψ
主
‑
λΔψ
ꢀꢀꢀꢀ
(15)步骤二十三：利用校准后的系统方位角以及姿态角，建立MEMS航姿的系统四元数；步骤二十四：根据步骤二十三建立的MEMS航姿的系统四元数，建立MEMS航姿的系统姿态矩阵，该步骤结束后，方位角融合机制处理流程结束；姿态高度融合修正包括以下步骤：步骤1：实时接收外部方位角、姿态数据、高度及加速度数据；步骤2：当接收到姿态数据且数据有效时，对外部姿态数据融合处理标志进行更新；当接收到外部高度数据且数据有效时，对高度有效标志进行更新；步骤3：高度锁定标志系统默认为FALSE，判定高度锁定标志是否为FALSE，若是，则执行步骤4，否则执行步骤6；步骤4：判断高度有效标志，若高度有效标志为有效，则执行步骤5，否则执行步骤6；步骤5：系统高度赋初值，并置高度锁定标志值为TRUE，步骤3至步骤5一起实现高度锁定，且只在系统中进行一次，即完成系统初始高度值的存储；步骤6：判断加速度融合处理条件是否满足要求，若满足要求，则执行步骤8；若不满足要求，则执行步骤7；其中加速度融合处理条件为三轴角速率、当前1s合加速度在参考阈值之内；步骤7：判断外部姿态融合处理标志是否有效，若有效，则执行步骤14，若无效，则返回步骤1；步骤8：根据加速度信息及重力加速度信息g，计算参考俯仰角θ
基
和参考横滚角γ
基
；；步骤9：判断步...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝晶，丁毅，徐晓军，付志伟，张敏敏，
申请(专利权)人：陕西华燕航空仪表有限公司，
类型：发明
国别省市：