[發明專利]一種空中微小拋撒物運動參數測量方法及系統

有效

• 申請號: 200910044123.4
• 申請日: 2009-08-17
• 公開（公告）號: CN101644579A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發明（設計）人: 李濤;齊振恒;吳美平;吳文啟;曹聚亮;羅兵;練軍想
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;G01C21/08
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所
• 代理人: 趙 洪;周長清

1.一種用于空中微小拋撒物運動的測量方法，其特征在于步驟為：

(1)、將由三軸微陀螺、三軸微加速度計和三軸微磁強計構成的微測量單元安裝于拋撒物中，測量并記錄拋撒物從拋撒時刻到落地靜止后一段時間內的傳感器數據；讀取傳感器數據寫入非易失存儲器中；

(2)、以拋撒物落地靜止后的位置作為相對的初始位置，采用三軸微磁強計和三軸微加速度計構成靜態數字羅盤，對拋撒物落地靜止后一段時間的傳感器數據進行計算，得到拋撒物落地靜止后的姿態，并計算三軸微陀螺的零偏；即，讀取非易失存儲器中的傳感器數據，依據讀取的非易失存儲器中的傳感器數據得到拋撒物的落地靜止時刻；依據落地靜止時刻將傳感器數據分成飛行段和落地靜止段；根據落地靜止段的陀螺數據計算出陀螺的零偏并對陀螺數據進行修正；計算拋撒物落地靜止后的位置、速度且根據靜止的三軸微加速度計和三軸微磁強計算靜止后的姿態；

(3)、在已知落地靜止后運動參數的基礎上，根據拋撒物飛行段的三軸微陀螺和三軸微加速度計數據，采用逆時間慣性導航法得到拋撒物在整個飛行過程中的各種實時運動參數；

所述逆時間慣性導航法，是在得到靜止后運動參數的的基礎上，根據飛行階段的三軸微陀螺和三軸微加速度計的數據，進行逆時間慣性導航計算，得到拋撒物的運動參數；其具體步驟為：

a.確定實時姿態：采用式(12)的四元數更新進行計算

其中，q_k表示T_k時刻的姿態四元數，為由三軸微陀螺測量值計算得到的從T_k到T_k+1時刻的旋轉四元數，^*表示四元數的共軛，o表示四元數相乘；

b.確定實時速度：采用式(18)計算

Vk=Vk+1-(Cbn(k+1)Af(Tk+1)+gn(k+1))Δt---(18)]]>

其中V_k表示T_k時刻的速度，為T_k+1時刻的方向余弦矩陣，A_f(T_k+1)為T_k+1時刻的三軸微加速度計的測量值，gⁿ(k+1)為T_k+1時刻的重力矢量，Δt為采樣步長；

c.確定實時位置：采用式(21)計算

P_k＝P_k+1-V_k+1*Δt????(21)

其中，P(T_k)表示T_k時刻的位置向量。

2.一種用于空中微小拋撒物運動的測量系統，其特征在于，它包括：

微測量單元，由三軸微陀螺、三軸微加速度計、三軸微磁強計組成，所述三軸微陀螺、三軸微加速度計、三軸微磁強計分別用來測量拋撒物的旋轉角速度、地球磁場矢量以及比力；

非易失存儲器，用于存儲拋撒物從拋撒時刻到落地靜止后一段時間內由微測量單元中各傳感器測量得到的傳感器數據；

嵌入式處理器，包括數據處理單元，用于將讀取的傳感器數據寫到非易失存儲器中，并對數據進行計算；所述數據處理單元由數據讀取模塊、落地時間處理模塊、數據抽取與分段模塊、陀螺零偏計算模塊、陀螺誤差修正模塊、落地靜止運動參數計算模塊、逆時間慣性導航計算模塊組成，用來根據非易失存儲器中存儲的傳感器數據，計算得到拋撒物的運動參數；所述數據讀取模塊用來讀取非易失存儲器中的傳感器數據，所述落地時間處理模塊依據讀取的傳感器數據得到拋撒物的落地靜止時刻，所述數據抽取與分段模塊依據落地靜止時刻將三軸微陀螺、三軸微加速度計、三軸微磁強計數據分成獨立飛行段和落地靜止段，所述陀螺零偏計算模塊根據落地靜止段的陀螺數據，計算出陀螺的零偏；所述陀螺誤差修正模塊根據陀螺的零偏對獨立飛行段內陀螺數據進行修正，所述落地靜止運動參數計算模塊依據落地靜止時刻得到拋撒物落地靜止后的位置、速度，并依據三軸微加速度計和三軸微磁強計數據計算落地靜止后的姿態，所述逆時間慣性導航計算模塊在已知上述落地靜止時刻運動參數的基礎上，使用獨立飛行段的三軸微陀螺和三軸微加速度計數據，計算得到拋撒物在獨立飛行段的飛行參數；

所述逆時間慣性導航計算模塊執行以下的逆時間慣性導航法，即是在得到靜止后運動參數的的基礎上，根據飛行階段的三軸微陀螺和三軸微加速度計的數據，進行逆時間慣性導航計算，得到拋撒物的運動參數；其具體步驟為：

a.確定實時姿態：采用式(12)的四元數更新進行計算

其中，q_k表示T_k時刻的姿態四元數，為由三軸微陀螺測量值計算得到的從T_k到T_k+1時刻的旋轉四元數，^*表示四元數的共軛，o表示四元數相乘；

b.確定實時速度：采用式(18)計算

Vk=Vk+1-(Cbn(k+1)Af(Tk+1)+gn(k+1))Δt---(18)]]>

其中V_k表示T_k時刻的速度，為T_k+1時刻的方向余弦矩陣，A_f(T_k+1)為T_k+1時刻的三軸微加速度計的測量值，gⁿ(k+1)為T_k+1時刻的重力矢量，Δt為采樣步長；

c.確定實時位置：采用式(21)計算

P_k＝P_k+1-V_k+1*Δt????(21)

其中，P(T_k)表示T_k時刻的位置向量。