適用于高速旋轉(zhuǎn)飛行體的半捷聯(lián)式慣性測量與導(dǎo)航算法
【專利摘要】本發(fā)明涉及慣性測量與導(dǎo)航算法，具體是一種適用于高速旋轉(zhuǎn)飛行體的半捷聯(lián)式慣性測量與導(dǎo)航算法。本發(fā)明解決了半捷聯(lián)式慣性測量系統(tǒng)測得的運(yùn)動(dòng)信息無法準(zhǔn)確反映高速旋轉(zhuǎn)飛行體的運(yùn)動(dòng)信息的問題。適用于高速旋轉(zhuǎn)飛行體的半捷聯(lián)式慣性測量與導(dǎo)航算法，該算法是采用如下步驟實(shí)現(xiàn)的：1）實(shí)時(shí)測出三維比力；實(shí)時(shí)測出三維角速率；2）實(shí)時(shí)更新計(jì)算出系到n系的姿態(tài)矩陣、系相對n系的三維加速度、系相對n系的三維速度、系相對n系的三維位置、系相對n系的三維姿態(tài)角；3）求解出三維比力；4）求解出三維角速率；5）求解出三維加速度；6）求解出三維速度；7）求解出三維位置；8）求解出三維姿態(tài)角。本發(fā)明適用于測量高速旋轉(zhuǎn)飛行體的運(yùn)動(dòng)信息。
【專利說明】適用于高速旋轉(zhuǎn)飛行體的半捷聯(lián)式慣性測量與導(dǎo)航算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及慣性測量與導(dǎo)航算法，具體是一種適用于高速旋轉(zhuǎn)飛行體的半捷聯(lián)式慣性測量與導(dǎo)航算法。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中，慣性測量組件(InertialMeasurementUnit,簡稱IMU)與載體捷聯(lián)安裝(載體運(yùn)動(dòng)過程中，慣性測量組件與載體之間沒有任何相對運(yùn)動(dòng))，因此，三個(gè)軸向的加速度計(jì)和陀螺儀的敏感軸始終與載體系的對應(yīng)軸方向一致，慣性測量組件實(shí)時(shí)測量載體系相對慣性系的運(yùn)動(dòng)角速率和加速度信息，然后利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律推算載體運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)姿態(tài)、速度和位置等信息。而在適用于高速旋轉(zhuǎn)飛行體的半捷聯(lián)式慣性測量系統(tǒng)中，由于慣性測量組件是通過具有“隔轉(zhuǎn)止旋”功能的特殊結(jié)構(gòu)安裝于高速旋轉(zhuǎn)飛行體內(nèi)部，因此，除橫滾軸方向的加速度計(jì)和陀螺儀的敏感軸與高速旋轉(zhuǎn)飛行體的縱軸方向始終一致外(橫滾軸方向的加速度計(jì)和陀螺儀不隨高速旋轉(zhuǎn)飛行體高速旋轉(zhuǎn)，只沿橫滾軸方向作低角速率運(yùn)動(dòng))，其它兩個(gè)軸向(俯仰軸方向和航向軸方向)的加速度計(jì)和陀螺儀的敏感軸與高速旋轉(zhuǎn)飛行體的對應(yīng)軸之間的角度會(huì)隨載體的旋轉(zhuǎn)而變化。因此，在半捷聯(lián)式慣性測量系統(tǒng)中，慣性測量組件測得的運(yùn)動(dòng)信息并不代表載體的運(yùn)動(dòng)信息。為此有必要發(fā)明一種全新的半捷聯(lián)式慣性測量與導(dǎo)航算法，以解決半捷聯(lián)式慣性測量系統(tǒng)測得的運(yùn)動(dòng)信息無法準(zhǔn)確反映高速旋轉(zhuǎn)飛行體的運(yùn)動(dòng)信息的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決 半捷聯(lián)式慣性測量系統(tǒng)測得的運(yùn)動(dòng)信息無法準(zhǔn)確反映高速旋轉(zhuǎn)飛行體的運(yùn)動(dòng)信息的問題，提供了一種適用于高速旋轉(zhuǎn)飛行體的半捷聯(lián)式慣性測量與導(dǎo)航算法。
[0004]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:適用于高速旋轉(zhuǎn)飛行體的半捷聯(lián)式慣性測量與導(dǎo)航算法，該算法是采用如下步驟實(shí)現(xiàn)的:
[0005]I)假設(shè)高速旋轉(zhuǎn)飛行體的發(fā)射坐標(biāo)系為導(dǎo)航坐標(biāo)系，簡稱為η系；假設(shè)高速旋轉(zhuǎn)飛行體對應(yīng)的坐標(biāo)系為載體坐標(biāo)系，簡稱為b系；假設(shè)半捷聯(lián)式慣性測量系統(tǒng)對應(yīng)的坐標(biāo)
系為測量坐標(biāo)系，簡稱為I系；
[0006]假設(shè)在高速旋轉(zhuǎn)飛行體的發(fā)射時(shí)刻，I系與b系的對應(yīng)軸向完全一致；當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)飛行體開始運(yùn)動(dòng)后，b系隨高速旋轉(zhuǎn)飛行體同步變化，^系則由于半捷聯(lián)平臺(tái)的隔轉(zhuǎn)止旋作用而不隨高速旋轉(zhuǎn)飛行體同步變化，但b系和$系的橫滾軸方向始終一致，且b系和$系的橫滾角之差為Afwi;
[0007]通過半捷聯(lián)式慣性測量系統(tǒng)中的三軸加速度計(jì)實(shí)時(shí)測出&系相對η系的三維比力；通過半捷聯(lián)式慣性測量系統(tǒng)中的三軸陀螺儀實(shí)時(shí)測出&系相對η系的三維角速率、I系與b系之間的橫滾角之差；
[0008]2)根據(jù)/;薛相對η系的三維比力、石系相對η系的三維角速率，實(shí)時(shí)更新計(jì)算出石系到η系的姿態(tài)矩陣、g系相對η系的三維加速度、^系相對η系的三維速度、^系相對η系的三維位置、$系相對η系的三維姿態(tài)角；
[0009]3)根據(jù)g系相對η系的三維比力、~b系與b系之間的橫滾角之差，求解出b系相對η系的三維比力；求解公式如下:
[0010]
【權(quán)利要求】
1.一種適用于高速旋轉(zhuǎn)飛行體的半捷聯(lián)式慣性測量與導(dǎo)航算法，其特征在于:該算法是采用如下步驟實(shí)現(xiàn)的: 1)假設(shè)高速旋轉(zhuǎn)飛行體的發(fā)射坐標(biāo)系為導(dǎo)航坐標(biāo)系，簡稱為η系；假設(shè)高速旋轉(zhuǎn)飛行體對應(yīng)的坐標(biāo)系為載體坐標(biāo)系，簡稱為b系；假設(shè)半捷聯(lián)式慣性測量系統(tǒng)對應(yīng)的坐標(biāo)系為測量坐標(biāo)系，簡稱為&系； 假設(shè)在高速旋轉(zhuǎn)飛行體的發(fā)射時(shí)刻，^系與b系的對應(yīng)軸向完全一致；當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)飛行體開始運(yùn)動(dòng)后，b系隨高速旋轉(zhuǎn)飛行體同步變化，^系則由于半捷聯(lián)平臺(tái)的隔轉(zhuǎn)止旋作用而不隨高速旋轉(zhuǎn)飛行體同步變化，但b系和^系的橫滾軸方向始終一致，且b系和^系的橫'滾角之差為; 通過半捷聯(lián)式慣性測量系統(tǒng)中的三軸加速度計(jì)實(shí)時(shí)測出I系相對η系的三維比力；通過半捷聯(lián)式慣性測量系統(tǒng)中的三軸陀螺儀實(shí)時(shí)測出I系相對η系的三維角速率、&系與b系之間的橫滾角之差； 2)根據(jù)&系相對η系的三維比力Jy系相對η系的三維角速率，實(shí)時(shí)更新計(jì)算出&系到η系的姿態(tài)矩陣、^系相對η系的三維加速度、^系相對η系的三維速度、I系相對η系的三維位4 相對η系的三維姿態(tài)角； 3)根據(jù)《系相對η系的三維比力、各系與b系之間的橫滾角之差，求解出b系相對η系的三維比力；求解公式如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于高速旋轉(zhuǎn)飛行體的半捷聯(lián)式慣性測量與導(dǎo)航算法，其特征在于:所述步驟2)中，實(shí)時(shí)更新計(jì)算的步驟包括: 2.1)利用b系相對η系的三維姿態(tài)角，計(jì)算出b系到η系的姿態(tài)矩陣；計(jì)算公式如下:

【文檔編號(hào)】G01C21/20GK103776450SQ201410070602
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】李 杰, 張樨, 劉俊, 張曉明, 范建英, 秦麗, 郭濤, 石云波, 景增增, 張松 申請人:中北大學(xué)