[發明專利]一種陀螺陣列反饋加權融合方法

有效

• 申請號: 201811291172.3
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109443333B
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發明（設計）人: 沈曉衛;袁丁;賈維敏;姚敏立;伍宗偉;金偉;張峰干
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學
• 主分類號: G01C19/00
• 分類號: G01C19/00
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

本發明公開了一種陀螺陣列反饋加權融合方法，包括以下步驟：一、實際角速率的獲取；二、除去零偏值陀螺陣列矩陣模型的建立；三、陀螺陣列噪聲方差估計值的獲取；四、陀螺陣列的加權融合角速率的獲取。本發明步驟簡單，設計合理且實現方便，將加權融合角速率反饋以實時獲取陀螺的零偏估計值，并反向校正陀螺陣列測量的實際角速率，然后依據最小二乘原理推導各微機械陀螺的加權融合系數，從而得到精確的加權融合角速率，具有更高的融合精度和較小的零偏漂移，準確度高。

技術領域

本發明屬于微慣性航姿技術領域，尤其是涉及一種陀螺陣列反饋加權融合方法。

背景技術

微機械陀螺(即MEMS陀螺)因具有成本低、體積小和便于批量生產等優點，在機器人、無人機等領域具有廣泛的應用前景。然而，與激光陀螺和光纖陀螺相比，微機械陀螺存在較大的誤差，在許多對精度要求相對較高的領域很難得到應用。

目前，國內外均已投入了大量的研發力量進行高精度MEMS陀螺的研發，但高精度MEMS陀螺的研發是一個較為復雜的系統，很難在短時間內取得巨大突破，且需要投入極大的人力及物力。目前一般采用是在同一個敏感軸上將多個同類型微機械陀螺組成陣列，通過冗余技術提高精度和可靠性。目前提出“虛擬陀螺”技術，用N個獨立的微機械陀螺測量同一個角速率，并采用Kalman濾波進行數據融合后輸出，其噪聲為單個陀螺噪聲的但上述方法需要依賴先驗知識，需要建立微機械陀螺的狀態方程，并且確定各微機械陀螺的統計特性和相關性，忽略了外界環境引入的干擾。

另一種是支持度算法，基于各個陀螺的置信距離來計算加權融合系數，通過支持度函數定量衡量陀螺間的一致性，將陀螺間的相互支持程度定量描述為置信距離，置信距離越大，表明該陀螺與其余陀螺間的差別較大，相應分配的加加權融合系數越小。該方法建立在現有數據所包含的信息基礎上，不要求測量噪聲分布的先驗知識，但支持度函數和相關參數的選取對融合效果影響較大，且計算量較大。

第三是最小二乘算法，依據最小二乘原理，在均方誤差最小的準則下，加權融合系數與傳感器的噪聲方差成反比，因此加權融合系數的確定可以轉化為傳感器噪聲方差的估計問題。但上述方法往往假設各傳感器的測量噪聲為相互獨立的白噪聲，忽略各微機械陀螺的零偏漂移誤差，融合效果沒有達到最優。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種陀螺陣列反饋加權融合方法，其方法步驟簡單，設計合理且實現方便，將加權融合角速率反饋以實時獲取陀螺的零偏估計值，并反向校正陀螺陣列測量的實際角速率，然后依據最小二乘原理推導各微機械陀螺的加權融合系數，從而得到精確的加權融合角速率，具有更高的融合精度和較小的零偏漂移，準確度高。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種陀螺陣列反饋加權融合方法，包括設置在X軸正方向上的第一陀螺陣列、設置在Y軸正方向上的第二陀螺陣列和設置在Z軸正方向上的第三陀螺陣列，所述第一陀螺陣列、所述第二陀螺陣列和所述第三陀螺陣列均包括多個微機械陀螺，多個所述微機械陀螺均與數據處理器相接，其特征在于，分別對所述第一陀螺陣列、所述第二陀螺陣列和所述第三陀螺陣列進行反饋加權融合的方法均相同，則對任一個陀螺陣列進行反饋加權融合的方法包括以下步驟：

步驟一、實際角速率的獲取：多個所述微機械陀螺按照預先設定的采樣頻率分別對載體的實際角速率進行檢測，并將檢測到的實際角速率發送至數據處理器；其中，第i個微機械陀螺在第k個采樣時刻檢測到的實際角速率為Z_i(k)，k為正整數；i為正整數，且i的取值范圍為1≤i≤n，n表示陀螺陣列中微機械陀螺的數量；

步驟二、陀螺陣列除去零偏的角速率的獲取：