[發明專利]一種旋轉式半捷聯微慣性測量系統誤差抑制方法

有效

• 申請號: 201611179449.4
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106840195B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 李杰;張樨;張曉明;申沖;馬喜宏;車曉蕊;鄒姍蓉
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;王勇

本發明涉及半捷聯微慣性測量系統，具體是一種旋轉式半捷聯微慣性測量系統誤差抑制方法。本發明解決了現有半捷聯微慣性測量系統的精度無法進一步提高的問題。一種旋轉式半捷聯微慣性測量系統誤差抑制方法，該方法是采用如下步驟實現的：步驟S1：假設在初始時刻，s系、b系、b'系重合；步驟S2：IMU處于微旋狀態；步驟S3：測量彈體的旋轉角度與IMU的微旋角度之差；步驟S4：得到b'系到n系的坐標轉換矩陣；步驟S5：由表示b'系到n系的坐標轉換矩陣；步驟S6：IMU先正旋，再反旋；步驟S7：將式(3)分別代入式(7)和式(8)中；步驟S8：得到IMU正旋和反旋時的姿態角誤差；步驟S9：得到一個正反轉周期的姿態角誤差。本發明適用于高速旋轉彈藥的飛行姿態測量。

技術領域

本發明涉及半捷聯微慣性測量系統，具體是一種旋轉式半捷聯微慣性測量系統誤差抑制方法。

背景技術

半捷聯微慣性測量系統是一種微體積、低成本、高可靠性的高速旋轉彈藥飛行姿態精確測量系統。然而受高速旋轉彈藥高過載、高旋轉、高動態、狹窄空間等特殊應用環境制約，使得適合該環境應用的慣性器件只有MEMS陀螺儀和MEMS加速度計，而這類慣性器件精度普遍不高，且穩定性較差，致使現有的半捷聯微慣性測量系統精度相對較低(MEMS陀螺儀的常值漂移是影響半捷聯微慣性測量系統精度的主要誤差源)，1°的姿態測量精度是目前半捷聯微慣性測量系統的一個極限，而1°的姿態測量精度只能用于簡單的彈道修正，無法滿足0.1°甚至更高精度的旋轉彈精確制導需求。因此，如何進一步提高半捷聯微慣性測量系統的精度，成為半捷聯微機械慣性系統真正得以推廣應用的瓶頸問題。盡管研發新的更高性能的MEMS慣性器件是解決這一問題最直接有效的方法，但是受目前MEMS慣性器件加工制造工藝水平、高性能檢測電路集成設計、高可靠性封裝等諸多因素制約，其精度提升空間短期內并不大。為此，有必要在半捷聯微慣性測量方法與MEMS慣性器件既定條件下，另辟蹊徑地找到一種提高半捷聯微慣性測量系統精度的有效方法。

發明內容

本發明為了解決現有半捷聯微慣性測量系統的精度無法進一步提高的問題，提供了一種旋轉式半捷聯微慣性測量系統誤差抑制方法。

本發明是采用如下技術方案實現的：

一種旋轉式半捷聯微慣性測量系統誤差抑制方法，該方法是采用如下步驟實現的：

步驟S1：定義半捷聯微慣性測量系統所對應的坐標系為測量坐標系，簡稱b'系；定義彈體坐標系為載體坐標系，簡稱b系；定義當地地理坐標系為導航坐標系，簡稱n系；定義IMU坐標系，該坐標系的原點位于系統中的IMU的幾何中心，該坐標系的三個敏感軸分別指向IMU的三個敏感軸方向，該坐標系簡稱s系；假設在初始時刻，s系、b系、b'系重合；

步驟S2：通過系統中的大量程MEMS陀螺儀實時測得彈體的轉速信息，并將彈體的轉速信息發送至系統中的控制電路；控制電路根據彈體轉速信息控制系統中的伺服電機以一定的角速率反向旋轉，由此使得IMU相對慣性坐標系處于微旋狀態；

步驟S3：通過系統中的光電編碼器實時測得軸向上彈體的旋轉角度與IMU的微旋角度之差Δγ_bb'，然后根據Δγ_bb'得到b'系到b系的坐標轉換矩陣具體表示為：

步驟S4：根據得到b'系到n系的坐標轉換矩陣具體表示為：

式(2)中：表示b系到n系的坐標轉換矩陣；ψ、θ、γ分別表示b系相對n系的偏航角、俯仰角、滾轉角；

步驟S5：通過IMU實時敏感到b'系相對于n系的角速率并通過系統中的導電滑環將發送至控制電路，由此得到b'系到n系的坐標轉換矩陣具體表示為：