[发明专利]一种单轴激光寻北仪的多位置自寻北方法

说明书

一种单轴激光寻北仪的多位置自寻北方法，包括以下步骤：首先接收到寻北指令后，进行陀螺仪和加速度计的实时误差补偿；根据设定的目标角度进行电机驱动控制，到达目标角度后，进行仪表采样；利用多位置采样结果解算单轴激光寻北仪姿态和方位角；重复进行上述电机控制及解算，实现寻北仪的连续多位置自寻北。本发明的自寻北方法可靠性高，硬件成本低，而且控制流程合理高效，能够为载体提供全方位的姿态和方位信息，并实现不间断的连续自寻北模式。

技术领域

本发明提供了一种基于单轴激光寻北仪的多位置自寻北方法，适用于利用单一陀螺和单一加速度计进行连续寻北的场合，属于惯性导航技术领域。

背景技术

寻北仪主要功能是为载体提供姿态和方位基准，当前大部分寻北仪均采用光纤陀螺和加速度计作为主要敏感元件实现寻北，由于光纤陀螺自身精度有限，要想满足高精度的寻北要求，必须通过延长寻北时间以及增加算法复杂度等方法才能实现，因此存在寻北时间长、算法复杂以及精度仍难以提高等缺点。目前，也有采用单轴激光陀螺为主要敏感元件的寻北仪，有些技术采用倾角仪与激光陀螺组成系统实现寻北功能，但倾角仪测量精度低、可靠性稍差，因此导致硬件结构设计以及算法设计的复杂化，同时在非水平状态下的测量精度也会受到影响。采用单轴激光陀螺仪和加速度计组合的传统寻北系统为保证转位精度，一般都设计复杂的机械结构，利用固定靠块等方法保证仪表的转位精度，因此硬件设计的复杂度明显增加，成本也必然大幅增加，对安装调试的要求也相应提高。

单轴激光寻北仪是以本体仪表系为基准进行陀螺仪和加速度计数据采样，但对外输出的寻北结果是以地理系为基准，其中要经过仪表系、载体系和地理系数据转换。由于没有机械结构限制，仪表系和载体系之间无确定的坐标系位置关系，因此必须进行合理的数据转换才能获得真实的仪表数据。

另外，在实现转位控制过程中，要提高电机的转动速率，缩短寻北时间，可能会导致系统的不稳定；要提高转位精度，提高采样精度，有可能会导致系统锁位时间加长，寻北时间延长，导致不满足用户要求。

因此，如何在无机械定位基准的情况下实现数据转换，并解决快速转位与高精度位置锁定的控制算法设计问题，是实现单轴激光寻北仪连续高精度寻北的基础。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供了一种基于单轴激光寻北仪的多位置自寻北方法，提出采用有效的误差补偿模型及坐标系转换模型完成仪表误差补偿及数据转换，采用大小增益相结合的控制算法解决了快速转位与高精度位置锁定的控制问题，实现了单轴激光寻北仪的连续快速高精度的自寻北。

本发明的技术解决方案：

一种基于单轴激光寻北仪的多位置自寻北方法，包括以下步骤：

(1)单轴激光寻北仪接收到寻北指令后读取误差补偿系数，按照误差补偿模型对陀螺仪和加速度计进行实时补偿，并控制电机锁定于当前位置，之后进入步骤(2)；

(2)设置目标位置为0°，位置变量iptr置为0，并设置控制状态为转位状态，之后进入步骤(3)；

(3)在每个控制周期内读取单轴激光寻北仪中编码器当前脉冲值，并将其转化成有效脉冲值；设置电机在每个控制周期内的位置增量；之后进入步骤(4)；

(4)根据控制状态执行不同增益PID控制算法控制电机转动，当控制状态转换为锁定状态时，则锁定于该目标位置；之后进入步骤(5)；

(5)在目标位置锁定时间t后，采样T0时间内陀螺仪和加速度计输出均值，并记录为Gyroi[iptr]和Accei[iptr]，之后进入步骤(6)；