[发明专利]一种旋转体姿态解算方法

说明书

本发明公开了一种旋转体姿态解算方法，包括以下步骤：步骤1、利用三轴陀螺角速率信息采用旋转矢量法优化算法解算姿态信息；步骤2、利用地磁信息计算，通过积分比值法求解横滚角信息；步骤3、将地磁信号解算的滚转角和陀螺信号解算的俯仰角和偏航角作为下一时刻解算四元数；步骤4、重复步骤1至步骤3即实现姿态更新。本发明利用陀螺当前角速率、角增量，以及上一时刻角增量信息，计算出姿态信息，并利用两轴地磁信号解算出的滚转角修正以获得更高的精度。

技术领域

本发明属于姿态测量领域，涉及一种旋转体姿态解算方法。

背景技术

高动态环境下捷联惯导系统的姿态解算是提高系统精度的关键技术。姿态解算是指利用载体传感器的输出计算分析得到的姿态角，包括航向角、俯仰角、滚转角。对作高动态运动处在高动态环境的导弹炮弹等载体来说，姿态测量精度是决定其捷联惯导系统能否正常工作的关键性因素。旋转弹体绕自身纵轴高速旋转，高精度陀螺仪的量程有限，难以应用在高速高旋的弹载环境。地磁场探测具有响应速度快、体积小、抗高过载能力强、无积累误差等优点，适合用于高速高旋的常规弹药弹体姿态测量。

磁传感器测量弹体姿态的方法有多种方式，非正交两轴传感器、三轴正交传感器、四轴传感器等。非正交磁传感器组合测量法解算载体姿态角主要有极值比值法等。

然而传统的姿态解算算法存在一些不足之处。在实际采样中，极值比值法在每个旋转周期仅取一个数据，这就容易产生数据偶然性误差。在噪声较大的高动态环境下，随着误差的不断积累，传统的姿态解算将不再适用。

因此，针对上述问题提出一种新的旋转体姿态解算方法。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种稳定性和抗干扰性较高的旋转体姿态解算方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种旋转体姿态解算方法，利用单轴磁传感器S1和单轴磁传感器S2对旋转体进行测量，在旋转体上设置弹体坐标系Ox₁y₁z₁，原点O为旋转体的质点，Ox₁轴与旋转体纵轴重合，Oy₁轴和Oz₁轴相互垂直并与Ox₁轴垂直，单轴磁传感器S1和单轴磁传感器S2均设置在Ox₁z₁平面内，单轴磁传感器S1沿Oz₁轴安装，单轴磁传感器S2与Ox₁轴成λ角安装，单轴磁传感器S1的测量值为H_S1，单轴磁传感器S2的测量值为H_S2，包括以下步骤：

步骤1、计算积分数学模型f(θ_m)的值；

步骤2、根据得到f(θ_m)的函数求解俯仰角θ_m；计算测量值H_S1或H_S2为零时的横滚角γ；

步骤3、以步骤2的俯仰角θ_m和横滚角γ作为初值，以俯仰角、俯仰角速度和横滚角为状态集，以测量值H_S1或H_S2为观测集，用容积卡尔曼算法进行滤波。

更进一步的，步骤1中积分数学模型f(θ_m)由下式表示：

式中，ψ表示航向角，θ_m表示包含磁倾角的俯仰角，γ表示横滚角。

更进一步的，步骤2中俯仰角θ_m通过下式计算得到：

式中，和不同时为零。

更进一步的，步骤2中磁传感器S1的测量值H_S1＝0时，横滚角γ通过下式计算得到：