[發明專利]一種基于天線轉塔的高精度實時測姿裝置及方法

有效

• 申請號: 202011117315.6
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112254725B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 王瑾;劉冰;王盛;白煥旭;王慶廣;段祉鴻;高艷;李旬;焦晨陽;高秋娟;陳雨
• 申請（專利權）人: 北京航天發射技術研究所
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 北京天方智力知識產權代理事務所(普通合伙) 11719
• 代理人: 路遠

本發明公開了一種基于天線轉塔的高精度實時測姿裝置及方法，屬于實時定向測姿技術領域，包括：慣組；雙軸轉臺，模擬天線轉塔使用環境，與慣組電性連接，驅動慣組轉動；測試上位機，電性連接慣組，用以發送控制指令，同時進行數據采集以及數據處理。本發明為了同時滿足體積小和姿態測量實時性的要求，采用無內置轉位機構的純捷聯慣組，取消內置轉位機構可有效縮減設備體積和重量，同時去除IMU和底座之間的轉位機構這一柔性環節，能夠提高慣組測姿的實時性；為了不降低慣組的對準精度，本發明利用天線轉塔進行兩位置轉停的旋轉調制，從而實現高精度定向測姿功能。

技術領域

本發明涉及實時定向測姿技術領域，更具體地說，涉及一種基于天線轉塔的高精度實時測姿裝置及方法。

背景技術

捷聯慣性測量組合(以下簡稱“慣組”)是廣泛應用于火箭、導彈、飛機等上的方位、姿態測量設備，為了提高定向和測姿精度，通常采用三支高精度激光陀螺儀和石英撓性加速度計構成慣性測量單元(以下簡稱“IMU”)，根據陀螺儀敏感到的地球自轉角速度分量和加速度計敏感到的重力分量進行綜合解算，得到北向方位角和姿態角。

傳統捷聯慣組中IMU直接與載體固連，對準精度受慣性器件零偏影響較大，現有捷聯慣組大多將IMU安裝在內置轉位機構上，對準技術可分為粗對準和精對準兩個階段，通過多位置轉停的旋轉調制方法抵消慣性器件零偏的影響，得到高精度的方位和姿態信息，但這種結構體積和重量較大，不適用于天線轉塔的姿態測量。

發明內容

1.要解決的技術問題

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種基于天線轉塔的高精度實時測姿裝置及方法，為了同時滿足體積小和姿態測量實時性的要求，本發明采用無內置轉位機構的純捷聯慣組，取消轉位機構可有效縮減設備體積和重量，同時去除IMU和底座之間的轉位機構這一柔性環節，能夠提高慣組測姿的實時性，為了不降低慣組的對準精度，本發明利用天線轉塔進行兩位置轉停的旋轉調制，從而實現高精度定向測姿功能。

2.技術方案

為解決上述問題，本發明采用如下的技術方案：

本發明充分利用天線轉塔的使用環境，省去了慣組內部轉位機構，利用轉塔進行兩位置對準，保持高精度測姿的同時減小了設備的體積和重量，且減少轉位機構這一姿態傳遞環節，提高了IMU姿態實時性。當天線轉塔處于運動狀態時，動態測姿精度不僅與慣組內部姿態測量精度有關，還與時間對準和時間同步精度有關，因此本發明在算法設計中，考慮了慣組輸出相位滯后問題和時間對準與同步問題，實現與天線轉塔測角機構的同步，實時輸出天線轉塔的姿態。

本發明采用基于凝固坐標系的動基座粗對準技術和基于Kalman濾波器的兩位置旋轉調制精對準技術，姿態更新算法中采用多子樣旋轉矢量算法，能夠減小劃船誤差，提高慣組定向測姿精度。通過對慣組的安裝位置進行標定，使得IMU天向敏感軸與天線轉塔天向轉軸保持平行，在兩位置轉停的旋轉調制過程中，慣組計算并給天線轉塔發送需要轉動的角度，天線轉塔轉到第一位置時返回到位信息，慣組開始采集數據并解算，然后慣組給天線轉塔發送轉動180°指令，天線轉塔到位后返回信息，慣組開始在第二位置采集數據并解算；最后慣組給天線轉塔發送返回初始位置指令，并計算尋北結果。為了保證慣組對準精度，天線轉塔需要滿足以下要求：

(1)10s內能夠轉動180°，速度不大于50°/s，加速度不大于20°/s²；

(2)定位精度不大于2；

本發明采用IIR陷波器與低階FIR低通濾波器相結合的方法對慣組采集的數據進行處理，先用IIR陷波器濾除激光陀螺特定頻率的機械抖動信號，再用低階FIR低通濾波器濾除殘余的抖動信號和高頻噪聲，由于陷波器延時小、FIR低通濾波器具有線性相位延遲特性，相比于傳統直接采用高階FIR濾波方法，所述組合濾波方法能夠減小濾波器相位滯后導致的時間延遲，提高姿態測量的實時精度。