[發明專利]一種基于MEMS技術的捷聯式垂直陀螺儀解算方法有效
| 申請號： | 201710326078.6 | 申請日： | 2017-05-10 |
| 公開（公告）號： | CN107202578B | 公開（公告）日： | 2020-11-24 |
| 發明（設計）人： | 曲國福 | 申請（專利權）人： | 陜西瑞特測控技術有限公司 |
| 主分類號： | G01C21/18 | 分類號： | G01C21/18;G01C25/00 |
| 代理公司： | 西安弘理專利事務所 61214 | 代理人： | 王珂瑜 |
| 地址： | 710077 陜西省西安市高*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 基于 mems 技術 捷聯式 垂直 陀螺儀 方法 | ||
本發明公開了一種基于MEMS技術的捷聯式垂直陀螺儀解算方法，具體按照以下步驟實施：步驟1，互補對稱加速度傳感器的布局與各角度解算，步驟2，進行捷聯解算，在步驟1中解算出的俯仰角和橫滾角基礎上，把三軸陀螺儀測得載體的角速度信息按俯仰軸和橫滾軸二次旋轉，變換到水平地理坐標系，按捷聯算法求出俯仰角和橫滾角，步驟3，利用Kalman濾波器進行信息融合，解決了現有機械式垂直陀螺儀在載體加速過程中的測量不準確問題和捷聯式慣導系統的高成本問題。
技術領域
本發明屬于電子信息和導航技術領域，涉及一種基于MEMS技術的捷聯式垂直陀螺儀解算方法。
背景技術
垂直陀螺儀(Vertical Gyroscope,VG)是無人機、穩定云臺和“動中通”天線等重要的姿態傳感器，其在載體運動過程中實時獲取載體的姿態信息,即俯仰角和橫滾角。
機械式垂直陀螺儀：機械式垂直陀螺儀是一個框架式雙自由度陀螺和液體擺構成的閉環控制系統，使陀螺的自轉軸穩定在當地地垂線方向上，它的原理就是利用陀螺的定軸性和進動性可測量載體的俯仰角和橫滾角。機械螺儀由于其結構復雜、制造困難、漂移誤差大和使用環境要求高等，現在已經很少應用。
捷聯式慣導系統：捷聯式慣導系統不采用實體平臺，把三軸加速度計與三軸陀螺儀直接固連在載體上，利用計算機實時計算姿態矩陣，通過姿態矩陣把加速度計測得的機體的加速度信息，變化到導航坐標系，然后進行導航解算，同時從姿態矩陣的元素中提取航向角和姿態角信息。缺點一是捷聯式慣導系統依靠高精度的陀螺和加速度計，才能在初始對準過程中，通過敏感當地的地球自傳角速度，才能給出航向角信息；二是由于陀螺儀和加速度計長時間會產生漂移，需要外部信息修正，比如GPS和北斗信息。
發明內容
本發明的目的是提供一種基于MEMS技術的捷聯式垂直陀螺儀解算方法，解決了現有機械式垂直陀螺儀在載體加速過程中的測量不準確問題和捷聯式慣導系統的高成本問題。
本發明所采用的技術方案是，一種基于MEMS技術的捷聯式垂直陀螺儀解算方法，基于如下定義的坐標系：垂直陀螺儀的導航坐標系取為地理坐標系，建立載體所在位置的地理坐標系為北-東-地，即N-E-D，固連在載體上的載體坐標系為X-Y-Z，X處于載體對稱平面內，由質心指向載體運動前向；Y垂直于載體對稱平面并指向右方；Z在載體對稱平面內且垂直于X軸指向下方，其特征在于，具體按照以下步驟實施：
步驟1，互補對稱加速度傳感器的布局與各角度解算，
步驟2，進行捷聯解算，在步驟1中解算出的俯仰角和橫滾角基礎上，把三軸陀螺儀測得載體的角速度信息按俯仰軸和橫滾軸二次旋轉，變換到水平地理坐標系，按捷聯算法求出俯仰角和橫滾角，
步驟3，利用Kalman濾波器進行信息融合。
本發明的特點還在于，
所述的步驟1具體為，
步驟1.1，互補對稱加速度傳感器的布局，將在載體的X-Z和Y-Z平面沿X軸和Y軸方向，且與X軸和Y軸的夾角分別為α角度分別布置2對加速度傳感器，在X-Y-Z軸三個方向上，各布置一個陀螺儀；
步驟1.2，俯仰角度的解算，
設載體X軸方向有加速度xa和俯仰角度xt時，從兩個加速度傳感器上采集到的加速度的輸出值ax1和ax2分別為：
經過推導，可以求得：
其中中間變量：
步驟1.3，橫滾角的解算，
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