[发明专利]导航姿态信息输出方法、装置及捷联航姿参考系统

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种导航姿态信息输出方法、装置及捷联航姿参考系统。

背景技术

捷联惯性导航技术是一门综合性技术，用于对运动体的姿态、速度和位置参数的确定，该项技术广泛应用于航天、航空、航海和大地测量等领域。

SINS（Strapdown Inertial Navigation System，捷联惯性导航系统），其原理是根据牛顿提出的相对惯性空间的力学定律，提取陀螺、加速度计和磁向计的测量值实时地计算姿态矩阵，进而从姿态矩阵的元素获得运动载体的姿态和航向信息来进行导航计算。

惯性导航系统制导的精度取决于惯性器件（例如，陀螺仪和加速度计）的精度和解算方法。由于MEMS器件的漂移误差的累积，惯性导航精度会随着时间的推移而降低，需要有GPS（Global Positioning Systems，全球定位系统）或其他的外部辅助参考提高导航系统的精度。

AHRS（Attitude and Haeding Reference System，捷联航姿参考系统）包括多个惯性轴向传感器，能够为飞行器提供航向、横滚和俯仰信息，以及相应的角速率信息。目前这类系统用来为飞行器提供准确可靠的姿态与航向信息，但是应用时该系统一般不提供位置的导航信息，即使提供也只能在段时间内有效，长期的位置连续解算误差会不断积累。

针对相关技术中目前已有的捷联航姿参考系统导航系统的精度不够的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对目前已有的捷联航姿参考系统导航系统的精度不够的问题，本发明提供了一种导航姿态信息输出方法、装置及捷联航姿参考系统，以至少解决上述问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种导航姿态信息输出方法，应用于捷联航姿参考系统中，包括：获取校正后的陀螺仪数据，递推出下一时刻的过程姿态；获取校正后的加速度计数据和磁强计数据，解算出当前的观测姿态和观测航向；对所述观测姿态和所述观测航向进行滤波处理，并输出滤波后的观测姿态和观测航向；对所述过程姿态和所述滤波后的观测姿态进行有机融合、互补滤波，得到导航姿态信息并输出。

优选地，所述递推出下一时刻的过程姿态，包括：利用微分方程数值解法递推出所述过程姿态。

优选地，所述微分方程数值解法包括四元数微分方程的RK4解法。

优选地，对所述观测姿态和所述观测航向进行滤波处理，包括：对所述观测姿态和所述观测航向进行低通数字滤波算法处理。

优选地，对所述观测姿态和所述观测航向进行滤波处理，包括：采用RC低通数字滤波器对所述观测姿态和所述观测航向进行滤波处理。

优选地，将所述过程姿态和所述滤波后的观测姿态进行有机融合，包括：采用与所述过程姿态紧耦合、与所述观测姿态松耦合的耦合策略，对所述过程姿态和所述滤波后的观测姿态进行有机融合。

优选地，所述过程姿态和所述滤波后的观测姿态的有机融合采用欧拉角的方式，其中，所述欧拉角为ZXY欧拉角，X俯仰角定义在（-90，+90），Y横滚角定义在（-180，+180），Z偏航角定义在（-180，+180）。

优选地，当所述俯仰角越过-90或+90度时，所述横滚角在越过前后的输出要相差180，并保持在定义域内，此时禁止滤波并直接输出新数据；当所述俯仰角越过-90或+90度时，当所述横滚角在-180和+180之间跳变时，此时禁止滤波并直接输出新数据。

优选地，当所述俯仰角越过-90或+90度时，所述偏航角在越过前后的输出要相差180，并保持在定义域内，此时禁止滤波并直接输出新数据；当所述俯仰角越过-90或+90度时，当所述偏航角在-180和+180之间跳变时，此时禁止滤波并直接输出新数据。

优选地，在所述获取校正后的陀螺仪数据之前，还包括：从所述捷联航姿参考系统的传感器中获取确定导航姿态信息所需要的数据。

优选地，对于所述传感器的常值输出误差进行自动估计和补偿。

优选地，对于所述传感器的常值输出误差进行自动估计和补偿，包括：对所述陀螺仪数据和所述加速度计数据的误差校正采用传感器输出的各轴测量值的校正形式；对所述磁强计数据的误差校正采用地磁倾角的校正形式。

优选地，所述得到导航姿态信息并输出，包括：通过USART串口将得到的导航姿态信息输出。

优选地，输出所述导航姿态信息时支持多种输出协议模式。

优选地，所述输出协议模式包括基于Windows MFC+OpenGL+COMM组件的上位机动态显示。