一种旋转调制捷联惯导系统姿态提取方法技术方案

本发明专利技术提供一种旋转调制捷联惯导系统姿态提取方法，获取每个采样时刻

【技术实现步骤摘要】
一种旋转调制捷联惯导系统姿态提取方法


[0001]本专利技术属于惯性导航
，尤其涉及一种旋转调制捷联惯导系统姿态提取方法
。

技术介绍

[0002]惯性导航系统精度受惯性器件自身漂移的影响，为提高系统长航时条件下的导航精度，人们提出了用旋转调制的方法来对惯性器件误差进行调制，使误差在一个周期内的积分值近似为零，从而使得惯导系统导航精度得以提高
。
[0003]旋转调制捷联惯导系统航解算出来的姿态信息是
IMU
的姿态信息
。
因此，需要利用转位机构测得的角位置信息，进行
IMU
姿态矩阵到载体姿态矩阵的变换，得到载体的姿态信息
。
转位机构存在误差，这对姿态精度要求苛刻的测量仪器，是不可忽视的
。
因此研究旋转调制捷联惯导系统姿态提取方法具有重要意义
。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供一种旋转调制捷联惯导系统姿态提取方法，补偿转位机构的角度误差和方向误差，能够精确提取旋转调制捷联惯导系统姿态
。
[0005]一种旋转调制捷联惯导系统姿态提取方法，包括以下步骤：
[0006]分别获取每个采样时刻
t
i
时，用于安装惯导系统的转位机构的实际角度位置与转位机构的理论角度位置之间的误差
[0007]获取转位机构的转轴在
IMU
坐标系中的三轴投影角
θ
x
,
θ
y
,
θ
z
；
[0008]根据误差和三轴投影角
θ
x
,
θ
y
,
θ
z
获取惯导系统在转位机构当前任意理论角度
θ
cur
下的姿态矩阵
C
ins
。
[0009]进一步地，惯导系统在转位机构当前任意理论角度
θ
cur
下的姿态矩阵
C
ins
的获取方法为：
[0010]在所有采样时刻
t
i
对应的理论角度位置中，将小于
θ
cur
的所有中的最大值作为
Ang
s
，并将
Ang
s
对应的误差作为
err
s
；同时，将大于
θ
cur
的所有中的最小值作为
Ang
e
，并将
Ang
e
对应的误差作为
err
e
；
[0011]根据误差和误差计算转位机构当前的实际角度
θ
act
：
[0012]θ
act
＝
θ
cur
+(1
‑
p)*err
s
+p*err
e
[0013]其中，
p
为辅助变量，且有：
[0014][0015]根据三轴投影角
θ
x
,
θ
y
,
θ
z
计算转位机构当前的实际姿态
U
act
：
[0016][0017]根据实际姿态
U
act
计算转位机构与惯导系统之间的转移矩阵
C
Trans
：
[0018]C
Trans
＝
I+sin(
θ
act
)*U
act
+(1
‑
cos(
θ
act
))*U
act
*U
act
[0019]其中，
I
为单位矩阵；
[0020]根据转移矩阵
C
Trans
计算姿态矩阵
C
ins
如下：
[0021]C
ins
＝
C
ins
*C
TransT
[0022]其中，
T
表示转置
。
[0023]进一步地，每个采样时刻
t
i
时的误差计算方法如下：
[0024]惯导系统开机，转位机构控制
IMU
旋转到角度值0，进行初始对准，直到对准完成，记录
IMU
此时的姿态矩阵
C
z
；
[0025]转位机构控制
IMU
正向旋转
360
°
，并采集每个采样时刻
t
i
时
,
陀螺输出的
IMU
三轴角增量
IMU
姿态矩阵转位机构的理论角度位置其中，
i
代表采样时刻序号，
i
＝
1,2,3,...,len
，
len
代表采集数据最终时刻的序号；
[0026]计算每个采样时刻
t
i
时，陀螺测量的转位机构的三轴角速度如下：
[0027][0028]其中，为地球自转角速度在地理坐标系中的投影角速度；
[0029]计算每个采样时刻
t
i
时，陀螺测量的转位机构的实际角度位置如下：
[0030][0031]其中，初始值
[0032]计算每个转位机构的理论角度位置处，与转位机构的实际角度位置的误差
[0033]进一步地，转位机构的转轴在
IMU
坐标系中的三轴投影角
θ
x
,
θ
y
,
θ
z
的获取方法如下：
[0034]重复
q
次正转反转操作，得到
q
对姿态矩阵，其中，正转反转操作为：转位机构控制
IMU
正向旋转到角度值
pos
k
，并记录
IMU
此时的姿态矩阵转位机构控制
IMU
反向旋转到角度值
360
°‑
pos
k
，并记录
IMU
此时的姿态矩阵其中，
k
代表序号，
k
＝
1,2,3,...,q
；
[0035]根据
q
对姿态矩阵计算辅助矩阵
U
如下：
[0036][0037]其中，表示第
k
次正转反转操作时的
IMU
联合姿态矩阵，且有：
[0038][0039]其中，姿态矩阵
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种旋转调制捷联惯导系统姿态提取方法，其特征在于，包括以下步骤：分别获取每个采样时刻
t
i
时，用于安装惯导系统的转位机构的实际角度位置与转位机构的理论角度位置之间的误差获取转位机构的转轴在
IMU
坐标系中的三轴投影角
θ
x
,
θ
y
,
θ
z
；根据误差和三轴投影角
θ
x
,
θ
y
,
θ
z
获取惯导系统在转位机构当前任意理论角度
θ
cur
下的姿态矩阵
C
ins
。2.
如权利要求1所述的一种旋转调制捷联惯导系统姿态提取方法，其特征在于，惯导系统在转位机构当前任意理论角度
θ
cur
下的姿态矩阵
C
ins
的获取方法为：在所有采样时刻
t
i
对应的理论角度位置中，将小于
θ
cur
的所有中的最大值作为
Ang
s
，并将
Ang
s
对应的误差作为
err
s
；同时，将大于
θ
cur
的所有中的最小值作为
Ang
e
，并将
Ang
e
对应的误差作为
err
e
；根据误差和误差计算转位机构当前的实际角度
θ
act
：
θ
act
＝
θ
cur
+(1
‑
p)*err
s
+p*err
e
其中，
p
为辅助变量，且有：根据三轴投影角
θ
x
,
θ
y
,
θ
z
计算转位机构当前的实际姿态
U
act
：根据实际姿态
U
act
计算转位机构与惯导系统之间的转移矩阵
C
Trans
：
C
Trans
＝
I+sin(
θ
act
)*U
act
+(1
‑
cos(
θ
act
))*U
act
*U
act
其中，
I
为单位矩阵；根据转移矩阵
C
Trans
计算姿态矩阵
C
ins
如下：
C
ins
＝
C
ins
*C
TransT
其中，
T
表示转置
。3.
如权利要求1所述的一种旋转调制捷联惯导系统姿态提取方法，其特征在于，每个采样时刻
t
i
时的误差计算方法如下：惯导系统开机，转位机构控制
IMU
旋转到角度值0°
，进行初始对准，直到对准完成，记录
IMU
此时的姿态矩阵
C
z
；转位机构控制
IMU
正向旋转
360

【专利技术属性】
技术研发人员：牛亚辉，姜校亮，可伟，黄科，段明月，
申请(专利权)人：河北汉光重工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：