[發明專利]一種基于壓縮結構的光纖捷聯慣導系統姿態解算方法

有效

• 申請號: 202110049738.7
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112857366B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 程向紅;丁鵬
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 許小莉

1.一種基于壓縮結構的光纖捷聯慣導系統姿態解算方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

(1)根據等效旋轉矢量微分方程計算在一個姿態更新周期內的五階畢卡分量解，分別得到一階旋轉矢量項Δθ、二階旋轉矢量項ΔΦ₂、三階旋轉矢量項ΔΦ₃、四階旋轉矢量項ΔΦ₄和五階旋轉矢量項ΔΦ₅的理論值；

(2)在一個姿態更新周期H內，對陀螺儀的輸出采樣N次得角速率信號ω₁、ω₂、...、ω_N，并利用上一姿態更新周期內的角速率信號ω_-N+1、...、ω_-1、ω₀；

(3)對步驟(2)得到的2N個角速率信號進行拉格朗日插值，并在當前姿態更新周期內對該拉格朗日插值多項式積分，得到一階旋轉矢量項的估計值；

(4)利用前一姿態更新周期和當前姿態更新周期內的陀螺儀角速率信號，通過角速率矢量二叉積和三叉積的壓縮組合來估計當前姿態更新周期內的二階旋轉矢量項和三階旋轉矢量項，并利用基于頻率級數的泰勒展開法優化二叉積和三叉積的系數，使得二階旋轉矢量項和三階旋轉矢量項的估計值具有8階精度；

(5)利用前一姿態更新周期和當前姿態更新周期內的陀螺儀角速率信號，通過角速率矢量三叉積和四叉積的壓縮組合來估計當前姿態更新周期內的四階旋轉矢量項和五階旋轉矢量項，并利用基于頻率級數的泰勒展開法優化三叉積和四叉積的系數，使得四階旋轉矢量項和五階旋轉矢量項的估計值具有8階精度；

(6)將步驟(3)、(4)和(5)得到的估計值相加以作為一個姿態更新周期H內的旋轉矢量估計值由旋轉矢量估計值得到一個姿態更新周期H內的姿態變化四元數q(H)；

(7)用姿態變化四元數q(H)求得一個姿態更新周期H內的姿態四元數Q(t_m)。

2.根據權利要求1所述的一種基于壓縮結構的光纖捷聯慣導系統姿態解算方法，其特征在于，步驟(1)的具體方法是：

根據等效旋轉矢量微分方程得到近似簡化的等效旋轉矢量微分方程：

式中，Φ是旋轉矢量，|Φ|為旋轉矢量Φ的模，ω是載體角速率矢量；

利用畢卡迭代法求解式(1)在一個姿態更新周期H內的五階畢卡分量解，分別得到一階旋轉矢量項Δθ、二階旋轉矢量項ΔΦ₂、三階旋轉矢量項ΔΦ₃、四階旋轉矢量項ΔΦ₄和五階旋轉矢量項ΔΦ₅的理論值：

ΔΦ＝Δθ+ΔΦ₂+ΔΦ₃+ΔΦ₄+ΔΦ₅ (7)

式中，ΔΦ、Δθ、ΔΦ₂、ΔΦ₃、ΔΦ₄和ΔΦ₅分別為一個姿態更新周期H內的旋轉矢量、一階旋轉矢量、二階旋轉矢量項、三階旋轉矢量項、四階旋轉矢量項和五階旋轉矢量項的理論值；姿態更新周期H＝t_m-t_m-1；t_m-1是前一姿態更新周期的結束時刻，t_m是當前姿態更新周期的結束時刻，m表示捷聯慣性導航系統開始工作后的第m次姿態解算；θ(h)為從t_m-1時刻至t_m-1+h時刻累積的角增量矢量；|θ(h)|為θ(h)的模；ω(t_m-1+h)為載體在t_m-1+h時刻的角速率矢量,0≤h≤H。