[发明专利]基于地磁信息辅助GPS的高旋转载体的测姿方法及装置

说明书

本发明提供了一种基于地磁信息辅助GPS的高旋转载体的测姿方法及装置，该方法利用地磁传感器输出的三轴模拟地磁信息、GPS接收机输出的位置信息、速度信息与时间信息和世界地磁模型输出的地磁分量得到实时的航向角、实时的俯仰角和解算出的滚转角，再基于解算出的滚转角、弹体的转速和采样计数推算得到实时的滚转角，从而得到弹体实时的姿态角。本发明解决了姿态解算周期大于弹体旋转周期的解算滞后问题，实现了在姿态解算滞后的情况下，通过采样点推算获取实时的姿态信息，从而有效解决了传统硬件运算速率不能满足高旋转弹体的实时姿态解算的工程问题。本发明还解决了因GPS接收机定位频率低而引起的与地磁传感器采样时间不同步问题。

技术领域

本发明涉及导航信息处理技术领域，尤其涉及一种基于地磁信息辅助GPS 的高旋转载体的测姿方法及装置。

背景技术

高旋转弹体的智能化改造是精确制导武器的研究热点。智能化改造通常是增加制导与控制系统，利用实时导航参数对弹道进行精确修正，以提高弹体的打击精度和作战效能。

为实现高旋转弹体的精确制导与控制，需要获取弹体实时的姿态和位置、速度参数。随着卫星导航技术的发展，采用低成本、小型化、高动态的单天线 GPS接收机已成为测量高旋转弹体位置、速度的有效途径，但其无法提供姿态测量信息。目前国内外对高旋转弹体姿态测量的方法主要有惯性测量法、太阳方位角法、光电传感器检测法、地磁测量法等。其中，惯性测量法能够提供姿态和位置、速度参数，但由于受成本、体积和动态范围等限制，传统惯导系统已难以满足要求。太阳方位角法易受天气、日昼影响，无法满足弹体全天候、全天时连续使用的要求；光电传感器检测法通常需要在弹体截面对称位置开感光孔，易受弹体结构设计制约，且存在转速变化时测量误差大，易受天气和强杂散光干扰等不足。地磁测量法是利用地磁传感器敏感弹体姿态变化，并结合其它辅助信息来获取弹体姿态信息。尽管地磁传感器存在易受弹体铁磁物质、磁屏蔽干扰等因素影响，但其具有低成本、体积小、精度高、抗冲击抗过载能力强等诸多优点，且测量动态范围大、输出精细稳定，可利用地磁传感器采集弹体在地磁场的信号，并以GPS接收机测量输出作为辅助来获取姿态信息。

基于此，要同时获取高旋转弹体的姿态、位置和速度，可采用地磁+卫星导航的组合方案。利用地磁传感器敏感弹体在磁场中的姿态变化，而卫星导航可采用低成本、小型化、高动态的单天线GPS接收机，以获取高精度的位置、速度。理论上，利用地磁信息来辅助单天线GPS接收机对弹体进行姿态测量是可行的，但由于弹体旋转速率大，高旋转弹体的滚转角速率通常大于15转/秒，甚至高达300转/秒。且姿态解算运算量大，受硬件资源限制，姿态解算周期会远大于弹体旋转周期，姿态解算完成时弹体已旋转了一定角度，解算出的弹体姿态信息是解算前采样时刻的姿态信息，不具有实时性，不能满足弹体实时测姿要求。

发明内容

本发明提供了一种基于地磁信息辅助GPS的高旋转载体的测姿方法及装置，能够解决现有技术中因弹体旋转速率大而导致无法实时测量弹体姿态信息的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种基于地磁信息辅助GPS的高旋转载体的测姿方法，所述方法包括：

采样与计数电路采集地磁传感器实时输出的三轴模拟地磁信息并对三轴模拟地磁信息的采样点数进行累加，且将当前采集时刻作为姿态解算周期的起始时标T_n；

采样与计数电路将三轴模拟地磁信息转换为弹体坐标系下在x轴、y轴、z 轴上的磁场数字分量Bx、By、Bz；

GPS接收机实时输出弹体的东向、北向与天向速度V_E、V_N、V_U和对应的时间信息；

姿态计算模块基于接收的弹体的东向、北向与天向速度V_E、V_N、V_U得到弹体的航向角φ和俯仰角θ；