[发明专利]基于运动状态识别的瞬时角度感知与测量方法

说明书

本发明提供一种基于运动状态识别的瞬时角度感知与测量方法，克服低成本器件长时间测量时存在的漂移问题。包括：步骤一、利用高精度转台对陀螺进行测试，结合地球自转角速度及角速度补偿确定角速度信号检测阈值；步骤二、利用系统较短时间的静态测量数据，得到地球自转角速度分量在平台当前姿态下各轴的分量；步骤三、根据步骤一确定的检测阈值，判断平台是否产生瞬时的调节过程，并判定该调节过程是否为冲击振动产生，得到有效调节过程的角速度测量值和调节时间；步骤四、根据步骤二得到的地球自转角速度分量在平台当前姿态下各轴的分量和步骤三得到的有效调节过程的角速度测量值和调节时间，解算平台调节过程中角度变化量。

技术领域

本发明属于惯性技术领域，本发明涉及一种基于运动状态识别的瞬时角度感知与测量方法。

背景技术

陀螺仪作为一种常用的测量载体角速度和角度的传感器，不仅可以作为指示仪表，而且可以作为自动控制系统中的一个敏感元件，在航海导航、航空、航天等事业中得到广泛的应用。根据需要提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号，以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线、规则飞行，而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中，则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制，在在轨列车、远洋轮船的行进过程中，能减小行进过程中的流体阻力，能使安装在飞机或卫星上的照相机相对地面稳定等等。同时，作为精密测试仪器，陀螺仪器能够为地面设施、矿山隧道、地下铁路、石油钻探以及导弹发射井等提供准确的方位基准。由此可见，陀螺仪器的应用范围是相当广泛的，在现代化的国防建设和国民经济建设中均占重要的地位。

平台在外界撞击、振动等短时间作用下，其高低、方位角等将发生小范围的变化，而且在此变化过程中，伴随着较大的冲击与振动影响。冲击和振动导致平台产生一定的平移和转动变位量，从而使得平台偏离初始装定值，直接影响第2次射击的精度。为提高平台射击精度，必须对平台平移和转动角度进行快速、高精度的检测。

对于平台振动后偏移角度的高精度自动测量，需要对平台的即时动作进行辨识，以实时判断冲击振动是否发生。中国发明专利(专利号：200810145895.2) 针对电脑手写输入识别，提出了一种基于惯性测量装置的即时动作辨识方法。该方法直接撷取关于惯性感测装置动作所产生的角速度信号，并将其与某一阈值进行比较，若该角速度信号超过阈值，则判断惯性感测装置处于动作状态。可以看到，该方法由于针对的对象不需要很高精度，因此没有考虑惯性传感器噪声可能导致测量信号超过阈值而引起误动作，没有给出动作开始和结束的量化指标。

现有的平台振动后角度测试方法包括双经纬仪法、找时间法、CCD摄像机法等具体说没有解决方法。双经纬仪法通过在平台的侧面架设两台光学经纬仪，并瞄准平台外壁上的两个基准标志，测量平台冲击振动前后两个基准标志点相对于经纬仪的角度，以此来确定平台角度的偏差。该方法的精度较高，但平台大的冲击振动产生的冲击波会导致经纬仪出现偏移，需重新调整，延长了测试时间，且偏移也会引入较大误差(董起顺，姜涛，苏成志.火炮复瞄精度测试中经纬仪的最佳布站研究.兵工学报，2007,28(5)：513-515)。此外，两个经纬仪成本相对较高，需要额外的人员配备，自动化程度低。

瞄准镜法通过在平台的正前方一定距离处架设瞄准靶板，利用瞄准镜中的瞄准“十字线”瞄准靶板上的“米字格”。分别在平台冲击振动前后，读取瞄准镜“十字线”与靶板的偏差，并且根据靶板相对平台旋转中心的距离，计算出平台高低和方位向的角度变化量。该方法测量速度快，所需时间短，但平台冲击振动过程中瞄准镜和平台的位置会产生平移，影响到角度的测量精度。此外，瞄准镜分划的精度有限，且人的视觉误差也会影响到测试的精度。