[发明专利]一种适用于大机动无人机垂直陀螺仪的惯性测量方法

权利要求书

1.一种适用于大机动无人机垂直陀螺仪的惯性测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，在惯导完成导航初始化之后进入“载体系导航计算”模块，计算出载体坐标系内导航信息；

然后，惯导导航信息和飞机的空速信息进入到“载体系滤波估计修正”模块，通过建立的载体系内系统误差模型，利用Kalman滤波估计载体的姿态误差、陀螺仪和加速度计误差，并进行修正补偿；

具体算法如下：

步骤一

导航初始化算法：仅仅需要进行载体系内速度和航姿的初始化；

载体系速度V^b初始化：

初始航姿阵：

其中，分别为载体系内前、上、右速度；diag表示对角线矩阵；

步骤二

导航初始化之后进入到“载体系导航计算”模块，该模块主要利用陀螺和加速度计数据，在载体系内进行导航计算，得到载体系内的速度信息，为后续载体系内滤波估计提供数据；

考虑了MEMS本身陀螺测量精度、无人机的运动特点和控制精度要求，提出了“载体系导航计算”模块的算法，该算法中仅仅对“速度更新”和“姿态更新”有计算要求；其中，所述“姿态更新”采用传统四元数更新即可，所述“速度更新”包括载体系内加速度计算和载体系内速度计算，姿态更新采用的传统四元数更新，具体如下：

载体系内加速度计算：

载体系内速度计算：

其中：

和分别为载体系内前、上、右方向加速度计测量加速度；

和分别为载体系内前、上、右方向陀螺仪测量角速度；

θ和γ分别为载体俯仰角和滚动角；

和为载体系内前、上、右方向加速度；

和为载体前一时刻的载体系内前、上、右方向速度；

和为载体当前时刻的载体系内前、上、右方向速度；

T_n为导航周期；

步骤三

建立载体系内系统误差模型，利用飞机上空速管设备的空速信息和载体系内导航信息进行滤波估计，实现对惯导姿态和零位修正；

载体系内系统误差模型为：

状态量为

其中：

δV_x、δV_y和δV_z分别为载体系内速度误差；

φ_n和φ_e分别为北向和东向失准角；

和分别为前、上、右向加速度计零偏；

ε_x、ε_y和ε_z分别为前、上、右向陀螺仪零偏；

系统误差矩阵为

其中C(i，j)为导航过程中的姿态矩阵中对应元素，i＝1，2，3；j＝1，2，3；

观测矩阵为

观测量为

其中V_air为空速装置测得的空速信息；

利用系统误差模型进行闭环Kalman滤波估计，并对各误差状态进行修正补偿，补偿方法如下：

载体系内速度修正：

姿态修正：

加速度计零偏修正：陀螺仪零位修正：上式中j＝x,y,z。