[发明专利]一种利用GPS与加速度计计算飞行器姿态角的方法

摘要

一种利用GPS与加速度计计算飞行器姿态角的方法，根据GPS测得的飞行器导航坐标系下的飞行速度Vn计算导航坐标系下飞行速度的微分信号并根据公式计算获得导航坐标系下的比力fn，其中，为导航坐标系下哥式加速度，为导航坐标系下对地向心加速度，gn为导航坐标系下重力加速度；利用加速度计测得体坐标系下比力fb，求解转换关系式获得俯仰角偏航角滚转角γ，其中，为导航坐标系转换到体坐标系的姿态转换矩阵；本发明使飞行器无需陀螺就能获得姿态信息实现姿态控制并完成导航飞行，也能用于安装陀螺的飞行器上以提升飞行器故障余度。

主权项

1.一种利用GPS与加速度计计算飞行器姿态角的方法，其特征在于：根据GPS测得的飞行器导航坐标系下的飞行速度Vⁿ计算导航坐标系下飞行速度的微分信号并根据公式计算获得导航坐标系下的比力fⁿ，其中，gⁿ为导航坐标系下重力加速度，为地球坐标系相对于地心惯性坐标系的旋转角速率在导航坐标系下的投影，为导航坐标系相对于地球坐标系的旋转角速率在导航坐标系下的投影；利用加速度计测得体坐标系下比力f^b，求解转换关系式获得俯仰角偏航角滚转角γ，其中，为导航坐标系转换到体坐标系的姿态转换矩阵；导航坐标系为北天东坐标系，坐标原点On位于飞行器起飞点，Onxn轴指向正北方向，Onyn轴指向天，Onzn轴按右手定则确定；体坐标系的原点Ob位于飞行器的质心，Obxb轴在飞行器对称平面内，平行于机身轴向前，Obyb轴在对称平面内垂直于Obxb轴，指向天，Obzb垂直对称平面指向右；地心惯性坐标系的原点位于地心，x轴指向春分点，z轴沿地球自转轴，y轴与x与z轴构成右手系；地球坐标系的原点位于地心，x轴穿过本初子午线与赤道的交点，z轴穿过地球北极点，y轴穿过东经90°子午线与赤道的交点，坐标系与地球固连；所述飞行速度的微分信号获取方法如下：采用四阶龙格‑库塔法计算如下微分方程，积分步长h＝0.01，调整参数R与参数δ，得到x2：其中，令δ＝0.00005R；输入信号v(t)为导航坐标系下的飞行速度Vⁿ，x₁为输入信号v(t)的跟踪信号，x₂为导航坐标系下的飞行速度的微分信号