[发明专利]一种卫星动中通姿态检测方法

摘要

本发明公开了一种卫星动中通姿态检测方法，该方法采用的装置包括卫星动中通、微处理器、姿态检测模块和互补滤波器，所述姿态检测模块包括X轴姿态检测模块、Y轴姿态检测模块和Z轴姿态检测模块；该方法包括以下步骤：一、三轴坐标系的建立及姿态检测模块的布设；二、信号实时采集及上传；三、卫星动中通三轴加权融合角速度值的获取；四、卫星动中通姿态角的获取；五、卫星动中通姿态角的校正。本发明设计合理，先通过多个微机械陀螺同源传感器的融合，再通过微机械陀螺和加速度计异源传感器的融合，能准确地获取卫星动中通姿态，成本低，可靠性高，且精度高，实用性强。

主权项

1.一种卫星动中通姿态检测方法，该方法所采用的装置包括安装在载体上的卫星动中通(15)、与卫星动中通(15)相接的微处理器(1)、用于检测卫星动中通(15)姿态的姿态检测模块和与微处理器(1)相接且用于姿态校正的互补滤波器(17)，所述姿态检测模块包括用于检测卫星动中通(15)X轴方向的X轴姿态检测模块(8)、用于检测卫星动中通(15)Y轴方向的Y轴姿态检测模块(9)和用于检测卫星动中通(15)Z轴方向的Z轴姿态检测模块(10)，所述X轴姿态检测模块(8)包括X轴加速度计(3)和多个X轴微机械陀螺(2)，所述Y轴姿态检测模块(9)包括Y轴加速度计(5)和多个Y轴微机械陀螺(4)，所述Z轴姿态检测模块(10)包括Z轴加速度计(7)和多个Z轴微机械陀螺(6)，所述X轴微机械陀螺(2)、Y轴微机械陀螺(4)、Z轴微机械陀螺(6)、X轴加速度计(3)、Y轴加速度计(5)和Z轴加速度计(7)的输出端均与微处理器(1)的输入端相接，所述X轴微机械陀螺(2)、Y轴微机械陀螺(4)、Z轴微机械陀螺(6)的数量均相同，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤一、三轴坐标系的建立及姿态检测模块的布设：以卫星动中通(15)的重心为坐标原点O，过坐标原点O且指向所述载体前进方向为X轴正方向，过坐标原点O且垂直于所述载体纵切面指向所述载体右侧为Y轴正方向，过坐标原点O垂直于X轴和Y轴所在平面且指向所述载体下方为Z轴正方向，建立三轴坐标系；然后，在所述X轴正方向上设置X轴加速度计(3)和多个X轴微机械陀螺(2)，在所述Y轴正方向上设置Y轴加速度计(5)和多个Y轴微机械陀螺(4)，在所述Z轴正方向上设置Z轴加速度计(7)和多个Z轴微机械陀螺(6)；步骤二、信号实时采集及上传：多个所述X轴微机械陀螺(2)按照预先设定的采样时间分别对卫星动中通(15)的X轴角速度进行采集，并将采集到的卫星动中通(15)的X轴角速度发送至微处理器(1)；其中，第i个X轴微机械陀螺(2)在第k个采样时刻采集到的卫星动中通(15)的X轴角速度为xωi(k)，第j个X轴微机械陀螺(2)在第k个采样时刻采集到的卫星动中通(15)的X轴角速度为xωj(k)，i≠j，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,m；多个所述Y轴微机械陀螺(4)按照预先设定的采样时间分别对卫星动中通(15)的Y轴角速度进行采集，并将采集到的卫星动中通(15)的Y轴角速度发送至微处理器(1)；其中，第a个Y轴微机械陀螺(4)在第k个采样时刻采集到的卫星动中通(15)的Y轴角速度为yωa(k)，第b个Y轴微机械陀螺(4)在第k个采样时刻采集到的卫星动中通(15)的Y轴角速度为yωb(k)，a≠b，a＝1,2,…,m，b＝1,2,…,m；多个所述Z轴微机械陀螺(6)按照预先设定的采样时间分别对卫星动中通(15)的Z轴角速度进行采集，并将采集到的卫星动中通(15)的Z轴角速度发送至微处理器(1)；其中，第c个Z轴微机械陀螺(6)在第k个采样时刻采集到的卫星动中通(15)的Z轴角速度为zωc(k)，第d个Z轴微机械陀螺(6)在第k个采样时刻采集到的卫星动中通(15)的Z轴角速度为zωd(k)，c≠d，c＝1,2,…,m，d＝1,2,…,m；m为X轴微机械陀螺(2)、Y轴微机械陀螺(4)或者Z轴微机械陀螺(6)的数量，k为大于1的自然数，多个所述X轴微机械陀螺(2)按照由坐标原点O至所述X轴正方向先后顺序进行排序，多个所述Y轴微机械陀螺(4)按照由坐标原点O至所述Y轴正方向先后顺序进行排序，多个所述Z轴微机械陀螺(6)按照由坐标原点O至所述Z轴正方向先后顺序进行排序；X轴加速度计(3)按照预先设定的采样时间对卫星动中通(15)的X轴加速度进行采集，并将采集到的卫星动中通(15)的X轴加速度发送至微处理器(1)，Y轴加速度计(5)按照预先设定的采样时间对卫星动中通(15)的Y轴加速度进行采集，并将采集到的卫星动中通(15)的Y轴加速度发送至微处理器(1)，Z轴加速度计(7)按照预先设定的采样时间对卫星动中通(15)的Z轴加速度进行采集，并将采集到的卫星动中通(15)的Z轴加速度发送至微处理器(1)；其中，X轴加速度计(3)在第k个采样时刻采集到的卫星动中通(15)的X轴加速度为xf(k)，Y轴加速度计(5)在第k个采样时刻采集到的卫星动中通(15)的Y轴加速度为yf(k)，Z轴加速度计(7)在第k个采样时刻采集到的卫星动中通(15)的z加速度为zf(k)；步骤三、卫星动中通三轴加权融合角速度值的获取：采用微处理器(1)对多个所述X轴微机械陀螺(2)在第k个采样时刻采集到的卫星动中通(15)的X轴角速度进行加权融合，得到第k个采样时刻卫星动中通(15)的X轴加权融合角速度值x′ω(k)，采用微处理器(1)对多个所述Y轴微机械陀螺(4)在第k个采样时刻采集到的卫星动中通(15)的Y轴角速度进行加权融合，得到第k个采样时刻卫星动中通(15)的Y轴加权融合角速度值y′ω(k)，采用微处理器(1)对多个所述Z轴微机械陀螺(6)在第k个采样时刻采集到的卫星动中通(15)的Z轴角速度进行加权融合，得到第k个采样时刻卫星动中通(15)的Z轴加权融合角速度值z′ω(k)；步骤四、卫星动中通姿态角的获取：采用微处理器(1)根据公式得到卫星动中通(15)在第k个采样时刻的俯仰角θ(k)和卫星动中通(15)在第k个采样时刻的横滚角ψ(k)；其中，g为重力加速度；步骤五、卫星动中通姿态角的校正：步骤501、采用微处理器(1)判断或者是否成立，当和均不成立，执行步骤502；当或者成立，执行步骤503；其中，A(k)表示第k个采样时刻的加速度模值，A(k‑1)表示第k‑1个采样时刻的加速度模值，K₁表示设定的第一采样次数，K₂表示设定的第二采样次数，K₁＞ρ₁，K₂＞ρ₂，ρ₁和ρ₂均为常数，δ₁表示设定的变速阈值，δ₂表示设定的转弯阈值；步骤502、当和均不成立，说明卫星动中通均匀直线运动，采用微处理器(1)调取互补滤波器(17)，并输入ψ(k)和x′_ω(k)，得到校正后的横滚角ψ′(k)；采用微处理器(1)调取互补滤波器(17)，并输入θ(k)和y′_ω(k)，得到校正后的俯仰角θ′(k)；其中，所述互补滤波器(17)包括第一高通滤波器和第一低通滤波器，所述第一高通滤波器的传递函数为所述第一低通滤波器的传递函数为k_p为比例反馈常数，k_i为积分反馈常数；步骤503、当成立，说明卫星动中通(15)变速运动，当成立，说明卫星动中通(15)转弯运动，则采用微处理器(1)调取互补滤波器(17)，将比例反馈常数k_p和积分反馈常数k_i均置零，并输入ψ(k)和x′_ω(k)，得到校正后的横滚角ψ′(k)；采用微处理器(1)调取互补滤波器(17)，将比例反馈常数kp和积分反馈常数ki均置零，并输入θ(k)和y′ω(k)，得到校正后的俯仰角θ′(k)；步骤三中卫星动中通三轴加权融合角速度值的获取，具体过程如下：步骤301、卫星动中通X轴加权融合角速度值的获取，具体过程如下：步骤3011、采用微处理器(1)根据公式得到第i个X轴微机械陀螺(2)在第k个采样时刻的方差采用微处理器(1)根据公式得到第j个X轴微机械陀螺(2)在第k个采样时刻的方差其中，e为正整数，且1≤e≤k，表示第i个X轴微机械陀螺(2)的X轴角速度均值，表示第j个X轴微机械陀螺(2)的X轴角速度均值；步骤3012、采用微处理器(1)根据公式得到第i个X轴微机械陀螺(2)与第j个X轴微机械陀螺(2)在第k个采样时刻的支持度其中，τ表示两个微机械陀螺之间相互支持的敏感程度，τ＞0，且步骤3013、采用微处理器(1)对m个X轴微机械陀螺(2)建立X轴支持度矩阵即其中，表示第一个X轴微机械陀螺(2)与第二个X轴微机械陀螺(2)在第k个采样时刻的支持度，表示第一个X轴微机械陀螺(2)与第m个X轴微机械陀螺(2)在第k个采样时刻的支持度，表示第二个X轴微机械陀螺(2)与第m个X轴微机械陀螺(2)在第k个采样时刻的支持度；步骤3014、采用微处理器(1)根据公式得到第i个X轴微机械陀螺(2)在第k个采样时刻被其它微机械陀螺支持的支持程度s_i(k)；步骤3015、采用微处理器(1)根据公式得到第i个X轴微机械陀螺(2)在第k个采样时刻的加权系数w_i(k)；步骤3016、采用微处理器(1)根据公式得到第k个采样时刻卫星动中通(15)的X轴加权融合角速度值x′_ω(k)；步骤302、卫星动中通Y轴加权融合角速度值的获取，具体过程如下：步骤3021、采用微处理器(1)根据公式得到第a个Y轴微机械陀螺(4)在第k个采样时刻的方差采用微处理器(1)根据公式得到第b个Y轴微机械陀螺(4)在第k个采样时刻的方差其中，表示第a个Y轴微机械陀螺(4)的Y轴角速度均值，表示第b个Y轴微机械陀螺(4)的Y轴角速度均值；步骤3022、采用微处理器(1)根据公式得到第a个Y轴微机械陀螺(4)与第b个Y轴微机械陀螺(4)在第k个采样时刻的支持度其中，步骤3023、采用微处理器(1)对m个Y轴微机械陀螺(4)建立Y轴支持度矩阵即其中，表示第一个Y轴微机械陀螺(4)与第二个Y轴微机械陀螺(4)在第k个采样时刻的支持度，表示第一个Y轴微机械陀螺(4)与第m个Y轴微机械陀螺(4)在第k个采样时刻的支持度，表示第二个Y轴微机械陀螺(4)与第m个Y轴微机械陀螺(4)在第k个采样时刻的支持度；步骤3025、采用微处理器(1)根据公式得到第a个Y轴微机械陀螺(4)在第k个采样时刻被其它微机械陀螺支持的支持程度s_a(k)；步骤3026、采用微处理器(1)根据公式得到第a个Y轴微机械陀螺(4)在第k个采样时刻的加权系数w_a(k)；步骤3027、采用微处理器(1)根据公式得到第k个采样时刻卫星动中通(15)的Y轴加权融合角速度值y′_ω(k)；步骤303、卫星动中通Z轴加权融合角速度值的获取，具体过程如下：步骤3031、采用微处理器(1)根据公式得到第c个Z轴微机械陀螺(6)在第k个采样时刻的方差采用微处理器(1) 根据公式得到第d个Z轴微机械陀螺(6)在第k个采样时刻的方差其中，表示第c个Z轴微机械陀螺(6)的Z轴角速度均值，表示第d个Z轴微机械陀螺(6)的Z轴角速度均值；步骤3032、采用微处理器(1)根据公式得到第c个Z轴微机械陀螺(6)与第d个Z轴微机械陀螺(6)在第k个采样时刻的支持度其中，步骤3033、采用微处理器(1)对m个Z轴微机械陀螺(6)建立Z轴支持度矩阵即其中，表示第一个Z轴微机械陀螺(6)与第二个Z轴微机械陀螺(6)在第k个采样时刻的支持度，表示第一个Z轴微机械陀螺(6)与第m个Z轴微机械陀螺(6)在第k个采样时刻的支持度，表示第二个Z轴微机械陀螺(6)与第m个Z轴微机械陀螺(6)在第k个采样时刻的支持度；步骤3036、采用微处理器(1)根据公式得到第c个Z轴微机械陀螺(6)在第k个采样时刻被其它微机械陀螺支持的支持程度s_c(k)；步骤3037、采用微处理器(1)根据公式得到第c个Z轴微机械陀螺(6)在第k个采样时刻的加权系数w_c(k)；步骤3038、采用微处理器(1)根据公式得到在第k个采样时刻卫星中通(15)的Z轴加权融合角速度值z′_ω(k)。