[發(fā)明專利]一種擬牛頓法優(yōu)化補償系數(shù)的圓錐誤差補償算法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711373938.8
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN108168545B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏琳琳;張南;趙耀;馬文杰;肖建磊;叢靖宇
• 申請（專利權(quán)）人: 東北電力大學(xué)
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 西安合創(chuàng)非凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61248
• 代理人: 高志永

本發(fā)明公開了一種擬牛頓法優(yōu)化補償系數(shù)的圓錐誤差補償算法，包括如下步驟：利用前一周期的輸出信息，采用旋轉(zhuǎn)矢量法進行陀螺輸出角速率的多次采樣，進行旋轉(zhuǎn)矢量的獲取；對周期項進行二次補償；采用最優(yōu)化的擬牛頓法求解誤差補償系數(shù)；完成捷聯(lián)慣導(dǎo)的姿態(tài)解算更新。本發(fā)明引入最優(yōu)化中擬牛頓法用于求解補償系數(shù)，殘留誤差精度較泰勒展開法更精確；通過對算法和解算工具上的改進，推導(dǎo)出通用圓錐誤差補償系數(shù)解，可以在較低采樣數(shù)的情況下達到傳統(tǒng)算法較高采樣數(shù)的精度，降低了導(dǎo)航解算的計算負荷。使用者可以自行修改子樣數(shù)以滿足載體不同動態(tài)下的需求，確保導(dǎo)航解算的精度獲得大幅提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種擬牛頓法優(yōu)化補償系數(shù)的圓錐誤差補償算法，屬慣性導(dǎo)航領(lǐng)域。

背景技術(shù)

捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航原理上是推算式導(dǎo)航，陀螺和加速度計直接固連在運載體上，具有體積小、重量輕、成本低、維護簡便的優(yōu)勢。但是隨著MEMS的快速發(fā)展，使陀螺和加速度計朝著微型化發(fā)展，成本也隨之下降，這就使得測量精度可能達不到要求，慣性器件上的測量誤差不易再精確，就需要在算法上有所創(chuàng)新和提高。

本發(fā)明在傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)矢量法的基礎(chǔ)上進行改進，采樣方式選用的是前一周期角增量形式同時加入對周期項的補償，將兩者的優(yōu)勢融合，使得在解算精度和速度上同時得到提升，并且在求解補償系數(shù)上用最優(yōu)化理論中的擬牛頓法求解，回避了用泰勒展開法求解補償系數(shù)時由于殘留誤差的限制導(dǎo)致計算精度不高的問題。注意到，擬牛頓法可以根據(jù)實際需求自行設(shè)置誤差精度，確保了以此獲得的導(dǎo)航解算精度大幅提升，系統(tǒng)性能得到優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種擬牛頓法優(yōu)化補償系數(shù)的圓錐誤差補償算法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種擬牛頓法優(yōu)化補償系數(shù)的圓錐誤差補償算法，采用前一周期角增量的采樣方式下對圓錐誤差的周期項與非周期項同時進行優(yōu)化，并使用擬牛頓法對補償系數(shù)進行求解；包括如下步驟：

S1、利用前一周期的輸出信息，采用旋轉(zhuǎn)矢量法進行陀螺輸出角速率的多次采樣，使得信息利用率提高并且加快了更新速率，進行旋轉(zhuǎn)矢量的獲取；

S2、對周期項進行二次補償；

S3、采用最優(yōu)化的擬牛頓法求解誤差補償系數(shù)；

S4、將步驟S2和步驟S3整合完成捷聯(lián)慣導(dǎo)的姿態(tài)解算更新，具體為：傳統(tǒng)算法補償系數(shù)忽略了周期項的影響，對非周期項進行解算后得出補償系數(shù)的結(jié)果同時作用于周期項上，本發(fā)明采用的是在采用前一周期角增量的前提下對周期項單獨進行二次解算得出周期項的補償系數(shù)，在解算方法上用擬牛頓法代替?zhèn)鹘y(tǒng)泰勒展開法，最終將補償后的旋轉(zhuǎn)矢量轉(zhuǎn)化成更新四元數(shù)對姿態(tài)進行更新。

所述步驟S1所得到的旋轉(zhuǎn)矢量Φ表達式為：

其中，θ為當(dāng)前周期角增量，θ_i為一個周期內(nèi)第i次采樣的角增量，θ¹、θ²為前兩個周期的角增量，P、Q為補償系數(shù)。

所述步驟S2具體包括如下步驟：

作為模擬載體角運動最惡劣的環(huán)境，經(jīng)典圓錐運動通常用如下矢量表示：

u(t)＝[0 acoswt asinwt]^T；

其中，w為錐運動角頻率，a為錐運動半錐角；

描述圓錐運動的角速度矢量如下表示：

在時間間隔[t，t+h]內(nèi)，對Bortz方程積分并取近似，可以得到旋轉(zhuǎn)矢量Φ的理想值

其中，