一種基于角增量和比力輸出的劃槳速度計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種對慣性傳感器采用角增量和比力輸出的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)精確計算 機體速度的方法，屬于捷聯(lián)慣性導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的算法編排中，速度計算方法具有重要作用和影響。速度計算精 度的高低，不僅直接決定了機體速度和位置的導(dǎo)航精度，還對下一時刻機體的姿態(tài)精度產(chǎn) 生影響。在速度計算中，涉及到對比力矢量的積分，在這一過程中會引入不可交換性誤差。 因此在高精度的速度計算過程中，必須引入相應(yīng)的不可交換補償項以減少速度計算的誤 差。目前一般做法是借鑒姿態(tài)計算里的方法，即根據(jù)對偶性原理直接套用圓錐姿態(tài)算法中 的補償形式和補償系數(shù)。但這種方法只適用于慣性器件，即陀螺儀和加速度計的輸出為"純 增量"（角增量和速度增量，這里的速度增量指比力積分）或"純速率"（角速率和比力）形 式的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)。實際系統(tǒng)中陀螺儀和加速度計的輸出具有多種形式。如激光陀螺儀是 角增量輸出，光纖陀螺儀是角速率輸出，石英振梁式加速度計是比力輸出，而積分式加速度 計是速度增量輸出等等。因此慣性傳感器，即陀螺儀和加速度計的輸出有4種組合形式：1) 角增量和速度增量；2)角速率和比力；3)角增量和比力；4)角速率和速度增量。實際應(yīng)用 時應(yīng)根據(jù)慣性器件的輸出選擇相應(yīng)的速度計算形式。如果慣性傳感器輸出的物理量綱與算 法輸入不一致，算法的實際效果會大打折扣。因此，在諸如一個由激光陀螺儀和石英振梁式 加速度計構(gòu)成的高精度捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中，需要采用基于角增量和比力輸出的速度算法計算 速度。
[0003] 根據(jù)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航原理，機體在tm時刻的速度Vm值由四項構(gòu)成A nrl時刻機體的 速度Vnrl和方向余弦陣Cm+ (Vptm)周期內(nèi)比力積分的補償量Λ Vsfm和有害加速度補償量 AVg/_。計算公式如下：
[0004]
【主權(quán)項】
1. 一種基于角增量和比力輸出的劃槳速度計算方法，其特征在于，包括以下步驟： ⑴在速度算法單次更新周期（V1, tm)內(nèi)，采用N個間隔，角增量陀螺儀輸出N次，比 力加速度計輸出N+1次，所述的N為多2的自然數(shù)，分別對角增量陀螺儀和比力加速度計輸 出采樣，得到角增量輸出為Δ Θ i，i = 1，2, ...，N;比力輸出為fj，j = 1，2, ...N+1 ; (2) 計算單次算法更新周期（tm+O內(nèi)機體的角增量Λ θπ和速度增量AVm: Δ Θ m= Δ Θ ^ Δ θ 2+. . . + Δ θ Ν? 所述的Δ 0^是（t^，〇周期內(nèi)角增量的輸出Δ θ ρ Δ θ ρ . . Δ ΘΝ之和， Λ Vig據(jù)比力加速度計的輸出采樣f」經(jīng)過數(shù)字積分公式計算得到； (3) 計算旋轉(zhuǎn)效應(yīng)補償值A(chǔ)vMtm:
(4) 計算劃槳效應(yīng)補償值A(chǔ)Vsculm:
，所述的1 = 2, ... N，I^1為劃槳優(yōu)化算法系數(shù)，H為 速度算法更新周期，H = tm-tm_1; (5) 計算（ty，tm)周期內(nèi)比力積分的補償值A(chǔ)Vsfm: Δ Vsfm= Δ Vm+AVrotm+AVsculm; (6) 根據(jù)速度更新方程計算^時刻的機體速度Vm:
所述的，Vnri為t ^時刻機體速度，Cnri為t ^時刻方向余弦陣，g為重力加速度，ω ie為 地理系對慣性系的角速率，ω m為導(dǎo)航系對地理系的角速率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于角增量和比力輸出的劃槳速度計算方法，其特征在 于，所述的劃槳優(yōu)化算法系數(shù)I^1的計算方法如下： 在經(jīng)典劃槳運動下，所述的慣性傳感器的角增量輸出Δ Qi和比力輸出fj滿足如下方 程式：
所述的b為劃槳運動的角振動幅值，Ω為振動角頻率，c為比力振動幅值，且I代表X 軸方向，J代表y軸方向； 根據(jù)對偶性原理，將Δ Θ JP &的方程式代>
簡化后 得到
所述的劃槳效應(yīng)計算值
與真值
并分別將
駐行泰勒展開，合 并"ΩΗ"同類項可得：
K為劃槳優(yōu)化算法系數(shù)I^1構(gòu)成的列向量，且
而所述的
且所述的N為劃槳算法的間隔數(shù)； 根據(jù)K = f 1D,得到N個間隔下的劃槳優(yōu)化算法系數(shù)V1為： 〇
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于角增量和比力輸出的劃槳速度計算方法，其特征在 于，所述的數(shù)字積分公式為矩形積分公式、梯形積分公式、辛普生積分公式、牛頓-柯特斯 積分公式中的任一種。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于角增量和比力輸出的劃槳速度計算方法，包括：(1)在速度算法單次更新周期(tm-1，tm)內(nèi)，采用N個間隔，分別對角增量陀螺儀和比力加速度計的輸出采樣，得到角增量輸出為Δθi，i＝1，2，...，N；比力輸出為fj，j＝1，2，...N+1；(2)計算單次算法更新周期(tm-1，tm)內(nèi)機體的角增量Δθm和速度增量△Vm；(3)計算旋轉(zhuǎn)效應(yīng)補償值ΔVrotm；(4)計算劃槳效應(yīng)補償值ΔVsculm；(5)計算(tm-1，tm)周期內(nèi)比力積分的補償值ΔVsfm；(6)根據(jù)速度更新方程計算tm時刻的機體速度Vm。本發(fā)明可根據(jù)角增量陀螺儀和比力角速度計的輸出直接高精度的計算出機體的速度，具有方法簡單、精度高的優(yōu)勢。
【IPC分類】G01C19-64, G01C21-16
【公開號】CN104677356
【申請?zhí)枴緾N201510118855
【發(fā)明人】黃磊
【申請人】黃磊
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月16日