[發(fā)明專利]一種內(nèi)嵌式風洞自由飛試驗模型位姿獲取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011565410.2
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112577706B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設計）人: 趙煊;劉國東;祝令譜;王帥;張娜
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 北京八月瓜知識產(chǎn)權代理有限公司 11543
• 代理人: 李斌

1.一種內(nèi)嵌式風洞自由飛試驗模型位姿獲取方法，其特征在于，

所述位姿獲取方法應用于風洞自由飛試驗模型位姿測量之中，測量系統(tǒng)基于慣性傳感器，且置于模型內(nèi)部；

所述位姿獲取方法包含以下步驟：

對所述慣性傳感器數(shù)據(jù)按預設規(guī)則進行截取得到試驗有效數(shù)據(jù)，其中，所述有效數(shù)據(jù)包括，三軸加速度計數(shù)據(jù)和三軸陀螺輸出數(shù)據(jù)；

對所述三軸加速度計數(shù)據(jù)進行低通濾波得到第一數(shù)據(jù)，去除高頻振動干擾；

對所述第一數(shù)據(jù)及三軸陀螺輸出數(shù)據(jù)進行帶阻濾波得到第二數(shù)據(jù)，去除風動氣流的脈動干擾；

基于所述第二數(shù)據(jù)進行遞推位姿解算得到試驗過程中有效時間內(nèi)的飛行器模型六自由度位姿信息；

基于所述第二數(shù)據(jù)進行遞推位姿解算得到試驗過程中有效時間內(nèi)的飛行器模型六自由度位姿信息包括：

a、定義慣性傳感器x軸在模型鉛垂面內(nèi)指向模型前方，z軸在模型鉛垂面內(nèi)指向模型下方，y軸與x、z軸成右手系指向模型右側(cè)；慣性傳感器軸系定義與模型一致；初始化解算參數(shù)，其中包括：比例常數(shù)K_p，積分常數(shù)K_i，時間常數(shù)T，四元數(shù)初始值q＝[q₀ q₁ q₂ q₃]^T，上角標T代表向量或矩陣轉(zhuǎn)置；誤差積分項初始值e_i＝[e_ix e_iy e_iz]^T；速度初始值vel＝[vel_xvel_y vel_z]^T，位置初始值pos＝[pos_x pos_y pos_z]^T；

b、將當前時刻三軸陀螺數(shù)據(jù)和加速度計數(shù)據(jù)歸一化：

a_n＝a/|a|，g_n＝g/|g|

其中，a_n＝[a_nx a_ny a_nz]^T為歸一化的加速度計數(shù)據(jù)，g_n＝[g_nx g_ny g_nz]^T為歸一化的陀螺數(shù)據(jù)，a＝[a_x a_y a_z]^T為原始三軸加速度計數(shù)據(jù)，g＝[g_x g_y g_z]^T為原始三軸陀螺數(shù)據(jù)，且

c、計算單位重力向量v＝[v_x v_y v_z]^T：

其中，g_n＝[0 0 1]^T；為姿態(tài)矩陣，根據(jù)歐拉角旋轉(zhuǎn)序列的不同，一共有12種表示，可選擇任意一種；

d、計算當前時刻姿態(tài)誤差e＝[e_x e_y e_z]^T，并對誤差進行積分：

e＝a_n×v

積分項e_i＝[e_ix e_iy e_iz]^T更新如下：

e_i(i)＝e_i(i-1)+K_iT·e

其中，e_i(i-1)代表上一時刻的誤差積分項；

e、修正陀螺零偏：

g_nr＝g_n+K_p·e+e_i(i)

其中，g_nr＝[g_nrx g_nry g_nrz]^T是修正后的陀螺數(shù)據(jù)；

f、更新四元數(shù)并對四元數(shù)歸一化：

q(i)＝q(i-1)+TΩq(i-1)

其中，

對四元數(shù)歸一化得到q_n(i)＝[q_1n(i) q_2n(i) q_3n(i) q_4n(i)]^T

q_n(i)＝q(i)/|q(i)|

其中，

g、利用更新的四元數(shù)求解飛行器模型姿態(tài)；

h、計算地平坐標系下的飛行器模型三軸加速度：

其中a_ne＝[a_nex a_ney a_nez]^T，g_e為當?shù)刂亓铀俣龋?/p>

i、計算地平坐標系下的飛行器模型三軸速度并濾波：

vel(i)＝vel(i-1)+a_ne·T

對三軸速度進行高通濾波，目的是去除偏置誤差：

vel_f(i)＝Fil₁(vel(i))

其中，F(xiàn)il₁(*)是設計的高通濾波器，其波通頻帶截止頻率小于0.2Hz；

j、計算地平坐標系下的飛行器模型三軸位置并濾波：

pos(i)＝pos(i-1)+vel_f·T

對位置進行高通濾波，目的是去除偏置誤差：

pos_f(i)＝Fil₂(pos(i))

其中，F(xiàn)il₂(*)是設計的高通濾波器，其波通頻帶截止頻率小于0.2Hz；

k、返回步驟b，迭代計算，直至獲取有效數(shù)據(jù)時間內(nèi)的飛行器模型位置姿態(tài)信息。