[发明专利]一种基于天线转塔的高精度实时测姿装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于天线转塔的高精度实时测姿装置及方法，属于实时定向测姿技术领域，包括：惯组；双轴转台，模拟天线转塔使用环境，与惯组电性连接，驱动惯组转动；测试上位机，电性连接惯组，用以发送控制指令，同时进行数据采集以及数据处理。本发明为了同时满足体积小和姿态测量实时性的要求，采用无内置转位机构的纯捷联惯组，取消内置转位机构可有效缩减设备体积和重量，同时去除IMU和底座之间的转位机构这一柔性环节，能够提高惯组测姿的实时性；为了不降低惯组的对准精度，本发明利用天线转塔进行两位置转停的旋转调制，从而实现高精度定向测姿功能。

技术领域

本发明涉及实时定向测姿技术领域，更具体地说，涉及一种基于天线转塔的高精度实时测姿装置及方法。

背景技术

捷联惯性测量组合(以下简称“惯组”)是广泛应用于火箭、导弹、飞机等上的方位、姿态测量设备，为了提高定向和测姿精度，通常采用三支高精度激光陀螺仪和石英挠性加速度计构成惯性测量单元(以下简称“IMU”)，根据陀螺仪敏感到的地球自转角速度分量和加速度计敏感到的重力分量进行综合解算，得到北向方位角和姿态角。

传统捷联惯组中IMU直接与载体固连，对准精度受惯性器件零偏影响较大，现有捷联惯组大多将IMU安装在内置转位机构上，对准技术可分为粗对准和精对准两个阶段，通过多位置转停的旋转调制方法抵消惯性器件零偏的影响，得到高精度的方位和姿态信息，但这种结构体积和重量较大，不适用于天线转塔的姿态测量。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于天线转塔的高精度实时测姿装置及方法，为了同时满足体积小和姿态测量实时性的要求，本发明采用无内置转位机构的纯捷联惯组，取消转位机构可有效缩减设备体积和重量，同时去除IMU和底座之间的转位机构这一柔性环节，能够提高惯组测姿的实时性，为了不降低惯组的对准精度，本发明利用天线转塔进行两位置转停的旋转调制，从而实现高精度定向测姿功能。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

本发明充分利用天线转塔的使用环境，省去了惯组内部转位机构，利用转塔进行两位置对准，保持高精度测姿的同时减小了设备的体积和重量，且减少转位机构这一姿态传递环节，提高了IMU姿态实时性。当天线转塔处于运动状态时，动态测姿精度不仅与惯组内部姿态测量精度有关，还与时间对准和时间同步精度有关，因此本发明在算法设计中，考虑了惯组输出相位滞后问题和时间对准与同步问题，实现与天线转塔测角机构的同步，实时输出天线转塔的姿态。

本发明采用基于凝固坐标系的动基座粗对准技术和基于Kalman滤波器的两位置旋转调制精对准技术，姿态更新算法中采用多子样旋转矢量算法，能够减小划船误差，提高惯组定向测姿精度。通过对惯组的安装位置进行标定，使得IMU天向敏感轴与天线转塔天向转轴保持平行，在两位置转停的旋转调制过程中，惯组计算并给天线转塔发送需要转动的角度，天线转塔转到第一位置时返回到位信息，惯组开始采集数据并解算，然后惯组给天线转塔发送转动180°指令，天线转塔到位后返回信息，惯组开始在第二位置采集数据并解算；最后惯组给天线转塔发送返回初始位置指令，并计算寻北结果。为了保证惯组对准精度，天线转塔需要满足以下要求：

(1)10s内能够转动180°，速度不大于50°/s，加速度不大于20°/s²；

(2)定位精度不大于2；

本发明采用IIR陷波器与低阶FIR低通滤波器相结合的方法对惯组采集的数据进行处理，先用IIR陷波器滤除激光陀螺特定频率的机械抖动信号，再用低阶FIR低通滤波器滤除残余的抖动信号和高频噪声，由于陷波器延时小、FIR低通滤波器具有线性相位延迟特性，相比于传统直接采用高阶FIR滤波方法，所述组合滤波方法能够减小滤波器相位滞后导致的时间延迟，提高姿态测量的实时精度。