[发明专利]一种飞行器陀螺仪的零点漂移偏差和姿态估计方法

权利要求书

1.一种飞行器陀螺仪的零点漂移偏差和姿态估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，设计有限时间观测器，所述有限时间观测器用于根据由加速度计测出的姿态测量值和由陀螺仪测出的角速度测量值，在有限的时间内估计出零点漂移偏差和飞行器姿态值；

S2，将由加速度计测出的姿态测量值和由陀螺仪测出的角速度测量值输入有限时间观测器中，通过有限时间观测器将零点漂移偏差和飞行器姿态值在有限的时间内估计出来；

S3，将陀螺仪测出的角速度测量值减去零点漂移偏差，即可得到角速度的真实值；有限时间观测器估计输出的飞行器姿态值即为飞行器真实姿态值；

步骤S1中，基于飞行器的姿态运动学方程设计所述有限时间观测器，具体过程如下所示：

飞行器的姿态运动学方程：

其中，σ为基于修正的罗德里格参数MRPs所表示的姿态，σ为三维向量，σ＝[σ₁,σ₂,σ₃]；为姿态σ对时间的导数；ω为实际角速度即角速度真实值；

G(·)为姿态矩阵，如下所示：

其中，I₃为三阶单位矩阵；σ^×为如下所示矩阵：σ^T为σ的转置矩阵；

所设计的有限时间观测器，如下所示：

其中，为姿态估计值；为姿态估计值对时间的导数；

b为零点偏移偏差真实值；为零点偏移偏差估计值；为零点偏移偏差估计值对时间的导数；

k₁为常数，k₁＞0；k₂为常数，k₂＞0；α₁为常数，0＜α₁＜0.5；α₂为常数，α₂＝2α₁-1；

ω_g为陀螺仪的角速度测量值，角速度测量值ω_g包括角速度真实值ω和零点偏移偏差真实值b，ω_g＝ω+b；

sig(·)表示符号函数；是指sig(e₁)的α₁次方；是指sig(e₁)的α₂次方；

G(·)为姿态矩阵；

e₁为由加速度计测出的姿态测量值σ_t与姿态估计值之间的相对误差，即飞行器期望姿态值σ_E与姿态估计值之间的向量差；

σ_t为输入有限时间观测器中的由加速度计测出的姿态测量值；

R(e₁)为旋转矩阵；H(·)为矩阵，无实意，仅用于表示旋转矩阵R(e₁)为两个矩阵即H(σ_t)、相乘得到；I₃为三阶单位矩阵；

符号用于计算两个姿态之间即由加速度计测出的姿态测量值σ_t与姿态估计值的相对误差e₁，符号的具体计算方式如下所示：

其中，设则为如下所示的矩阵：

2.根据权利要求1所述的一种飞行器陀螺仪的零点漂移偏差和姿态估计方法，其特征在于，对所设计的有限时间观测器的合理性即收敛性进行分析，具体如下所示：

令从而得出有限时间观测器的误差系统的动态方程为：

其中，为零点偏移偏差真实值b对时间的导数；为零点偏移偏差估计值对时间的导数；为e₁对时间的导数；为e₂对时间的导数；e₂为零点偏移偏差估计值与零点偏移偏差真实值b之间的差值；所述误差系统包括两个误差状态即e₁、e₂；

由于零点偏移偏差真实值b为常数值，从而得到：

根据有限时间的稳定性理论，得到误差系统中误差状态(e₁,e₂)将在有限时间T内收敛到零，即收敛时间在达到该有限时间T后，使得e₁(t)≡0，e₂(t)≡0，从而使得零点偏移偏差估计值在有限时间T内收敛到零点偏移偏差真实值b；且姿态估计值在有限时间T内收敛到由加速度计测出的姿态测量值σ，即收敛到飞行器真实姿态值。