[發(fā)明專利]基于角速度的歐拉角拉蓋爾指數(shù)近似輸出方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110380570.4
• 申請(qǐng)日: 2011-11-25
• 公開（公告）號(hào): CN102519468A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史忠科
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C21/24
• 分類號(hào): G01C21/24
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種飛行器機(jī)動(dòng)飛行姿態(tài)確定方法，特別是涉及一種基于角速度的歐拉角拉蓋爾指數(shù)近似輸出方法。?

背景技術(shù)

慣性設(shè)備在運(yùn)動(dòng)體導(dǎo)航和控制中具有重要作用；剛體運(yùn)動(dòng)的加速度、角速度和姿態(tài)等通常都依賴于慣性設(shè)備輸出，因此提高慣性設(shè)備的輸出精度具有明確的實(shí)際意義；在慣性設(shè)備中，加速度采用加速度計(jì)、角速度采用角速率陀螺直接測(cè)量方式，剛體的姿態(tài)精度要求很高時(shí)如飛行試驗(yàn)等采用姿態(tài)陀螺測(cè)量，但在很多應(yīng)用領(lǐng)域都有角速度等測(cè)量直接解算輸出；主要原因是由于動(dòng)態(tài)姿態(tài)傳感器價(jià)格昂貴、體積大，導(dǎo)致很多飛行器采用角速率陀螺等解算三個(gè)歐拉角，使得姿態(tài)時(shí)間更新輸出成為導(dǎo)航等核心內(nèi)容，也使其成為影響慣導(dǎo)系統(tǒng)精度的主要因素之一，因此設(shè)計(jì)和采用合理的姿態(tài)時(shí)間更新輸出方法就成為研究的熱點(diǎn)課題；從公開發(fā)表的文獻(xiàn)中對(duì)姿態(tài)輸出主要基于角速度采用歐拉方程直接近似法或采用近似龍格庫塔方法解算(孫麗、秦永元，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)姿態(tài)算法比較，中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào)，2006，Vol.14(3)：6-10；Pu?Li，Wang?TianMiao，Liang?JianHong，Wang?Song，An?Attitude?Estimate?Approach?using?MEMS?Sensors?for?Small?UAVs，2006，IEEE?International?Conference?on?Industrial?Informatics，1113-1117)；由于歐拉方程中三個(gè)歐拉角互相耦合，屬于非線性微分方程，在不同初始條件和不同飛行狀態(tài)下的誤差范圍不同，難以保證實(shí)際工程要求的精度。?

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有的飛行器機(jī)動(dòng)飛行時(shí)歐拉角輸出精度差的問題，本發(fā)明提供一種基于角速度的歐拉角拉蓋爾指數(shù)近似輸出方法。該方法通過引入多個(gè)參數(shù)并將滾轉(zhuǎn)、俯仰、偏航角速度按照拉蓋爾正交多項(xiàng)式展開，通過按照依次求解俯仰角、滾轉(zhuǎn)角、偏航角，直接對(duì)歐拉角的表達(dá)式進(jìn)行高階逼近積分，使得歐拉角的求解按照超線性逼近，從而可以保證確定歐拉角的時(shí)間更新迭代計(jì)算精度和慣性單元的輸出精度。?

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于角速度的歐拉角拉蓋爾指數(shù)近似輸出方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟：?

1、(a)根據(jù)歐拉方程：?

式中：?Ψ分別指滾轉(zhuǎn)、俯仰、偏航角；p，q，r分別為滾轉(zhuǎn)、俯仰、偏航角速度；全文參數(shù)定義相同；這三個(gè)歐拉角的計(jì)算按照依次求解俯仰角、滾轉(zhuǎn)角、偏航角的步驟進(jìn)行；滾轉(zhuǎn)、俯仰、偏航角速度p，q，r的展開式分別為?

p(t)＝pξ，q(t)＝qξ，r(t)＝rξ?

其中?

p＝[p₀?p₁?L?p_n-1?p_n]??q＝[q₀?q₁?L?q_n-1?q_n]?

r＝[r₀?r₁?L?r_n-1?r_n]??ξ＝[ξ₀(t)ξ₁(t)L?ξ_n-1(t)ξ_n(t)]^T