[发明专利]一种动态变形下基于双重滤波器的传递对准方法

说明书

本发明公开了一种动态变形下基于双重滤波器的传递对准方法，动态变形下产生的动态变形角以及动态变形和机体运动之间的耦合角会降低传递对准的精度；将传递对准滤波器分为两部分，第一部分针对弯曲变形角和耦合角进行估计，采用姿态匹配方法；第二部分针对动态杠杆臂进行估计，采用“速度+角速度”匹配方法。相比现有的传递对准滤波器的设计，本发明将耦合角作为滤波器的状态量，在滤波器一中对耦合角进行估计，并用于滤波器二补偿杠杆臂误差，两个滤波器同步进行，在最后一步进行信息融合，估计出子惯导系统的初始姿态误差，进行初始姿态校准。本发明不仅提高了传递对准系统的精度，同时缩短了传递对准过程的时间。

技术领域

本发明属于惯性导航技术领域，利用惯性导航系统测量飞机的机翼变形，其中涉及高精度主惯导系统对低精度子惯导系统进行校准的过程，具体涉及一种动态变形下基于双重滤波器的传递对准方法。

背景技术

飞机的承载能力有限，特别是机翼部分，因此飞机机翼动态变形测量对测量设备的重量和尺寸有非常严格的要求，而IMU单元的测量精度与重量和尺寸成正比，每个负载处无法同时安装高精度的IMU。

目前飞机机翼变形测量采用机身安装高精度的POS，而机翼部分则采用低精度IMU单元，通过主、子系统间传递对准获取各定位点的高精度位置、姿态信息。但是主、子之间挠曲变形产生的附加速度、角速度和角度是影响其精度的主要因素，现有的飞机机翼动态变形测量将机翼视为刚体，不考虑挠曲变形，其传递对准精度难以达到所需要的精度。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种动态变形下基于双重滤波器的传递对准方法，对飞机机翼动态变形测量传递对准过程中机体运动和动态变形之间的耦合所引起的误差角度和角速度进行几何建模和数学分析，推导出耦合角度和角速度的表达式，并将传递对准滤波器分为两部分，第一部分针对弯曲变形角和耦合角进行估计，采用姿态匹配方法；第二部分针对动态杠杆臂进行估计，采用“速度+角速度”匹配方法，此设计在提高传递对准精度的前提下，同时缩短了传递对准过程的时间。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种动态变形下基于双重滤波器的传递对准方法，应用于飞机机翼变形测量系统中，其中主惯导系统安装在机舱，子惯导系统安装在机翼，该方法包括以下步骤：

(1)用轨迹发生器产生主惯导系统的姿态、速度和位置信息以及陀螺仪和加速度计的输出，用二阶马尔科夫模拟主、子惯导之间的弯曲变形角和弯曲变形角速度对弯曲变形进行几何分析，推导出由载体动态变形和载体运动所引起的耦合角度表达式；

(2)将弯曲变形角、弯曲变形角速度和耦合角作为状态量，采用姿态匹配方法，建立滤波器一模型；

(3)利用步骤(2)中估计的弯曲变形角和耦合角建立动态杠杆臂模型，推导速度误差表达式和角速度误差表达式；

(4)利用步骤(3)推导的速度误差表达式和角速度误差表达式，采用“速度+角速度”匹配方法，建立滤波器二的模型，估计子惯导系统的初始姿态误差，并将此误差用于子惯导系统的初始姿态校准，完成传递对准过程。

进一步地，所述步骤(1)中，对弯曲变形进行几何分析，推导出由载体动态变形和载体运动所引起的耦合角度表达式为：

其中，M表示为：

其中，分别表示东、北、天三个方向下子惯导系统角速度理想值。

进一步地，所述步骤(2)中，将弯曲变形角、弯曲变形角速度和耦合角作为状态量，采用姿态匹配方法建立滤波器一模型，具体如下：

选取滤波器一的状态量为：