[發明專利]基于泰勒級數擬合的單軸旋轉慣導系統姿態解調方法有效
| 申請號： | 201710441867.4 | 申請日： | 2017-06-13 |
| 公開（公告）號： | CN107270938B | 公開（公告）日： | 2020-07-03 |
| 發明（設計）人： | 付強文;沈彥超;李四海;劉洋;金竹;曾進;周琪 | 申請（專利權）人： | 西北工業大學 |
| 主分類號： | G01C25/00 | 分類號： | G01C25/00 |
| 代理公司： | 西北工業大學專利中心 61204 | 代理人： | 王鮮凱 |
| 地址： | 710072 *** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 基于 泰勒 級數 擬合 旋轉 系統 姿態 解調 方法 | ||
本發明涉及一種基于泰勒級數擬合的單軸旋轉慣導系統姿態解調方法，利用轉位機構實現最優雙位置對準，獲得精確的載體姿態和航向信息，同時估計和補償陀螺漂移；標定過程中控制轉位機構正反轉一圈，計算并存儲測量轉角、等效轉位角速率、等效轉位角加速率以及失準角信息；采用高階泰勒級數多項式擬合方法對失準角誤差進行建模；標定結束后，采用擬合系數對失準角誤差進行補償，完成姿態解調。本發明方法不需要引入額外的設備，通過數學擬合方法補償失準角誤差，姿態解調精度高，工程實用性強。
技術領域
本發明屬于慣性導航技術領域，涉及一種基于泰勒級數擬合的單軸旋轉慣導系統姿態解調方法。
背景技術
單軸旋轉調制是一種慣導系統的誤差自動補償技術，通過繞方位軸的正反轉過程調制陀螺和加速度計慢變誤差，以保證慣導系統的長時間導航精度。然而轉位機構的引入使慣性測量單元(IMU)相對于載體旋轉，無法直接獲得載體的姿態和航向信息，需要進行調制解調，而轉軸誤差和測角誤差是影響姿態解調精度的主要因素。
文獻“單軸旋轉慣導轉軸方向高精度標定方法研究，儀器儀表學報，2014，Vol35(12)，p111-115”公開了一種單軸旋轉慣導系統轉軸方向誤差的標定方法。方法分析了方位旋轉軸與IMU測量軸之間的失準角誤差模型，在載體姿態靜止的前提下，通過對陀螺輸出數據和轉軸角編碼器測量值進行處理，能夠實現轉軸誤差角的標定和補償。但是該方法省略了初始對準過程，轉軸方向的標定精度受地球自轉分量和陀螺零偏的影響；且方法將失準角視為常值，沒有考慮測角編碼器與旋轉軸之間的轉軸偏心、安裝傾斜以及軸承間隙等因素的影響，在實際系統中姿態解調精度不高。
發明內容
要解決的技術問題
為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種基于泰勒級數擬合的單軸旋轉慣導系統姿態解調方法，克服現有姿態解調方法精度低的不足。
技術方案
一種基于泰勒級數擬合的單軸旋轉慣導系統姿態解調方法，其特征在于步驟如下：
步驟1：慣導系統獲得初始位置后，利用轉位機構進行最優雙位置對準，其中第一位置轉角位置為180°，第二位置轉角位置為0°；采用經典卡爾曼濾波方法獲得載體精確的初始姿態和航向信息并對陀螺漂移進行估計和補償；
步驟2：雙位置對準結束后，保持慣導系統靜止，控制轉位機構以6°/s繞方位軸正反轉各一圈，轉動過程中采用傳統四元數解算方法進行姿態更新，計算并存儲：測量轉角α、等效轉動角速率等效轉動角加速率和失準角誤差φb；
步驟3：分別對正反轉過程采用高階泰勒級數擬合失準角φb與α、之間的函數關系，獲得多項式擬合系數并保存；
所述函數關系為：
式中φi表示正反轉情況下的x,y,z軸失準角分量，m和n分別表示α和的擬合階數，pi,k和ci,j為相應的擬合系數；
步驟4：將擬合系數pi,k和ci,j存儲至導航計算機，在導航階段根據擬合系數、轉位角度α和轉位角加速率按函數關系式：
計算補償失準角，實時完成姿態解調計算。
有益效果
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