一种单陀螺单加速度计旋转调制寻北方法
【专利摘要】本发明属于光学陀螺寻北【技术领域】，具体涉及一种单陀螺单加速度计旋转调制寻北方法。本方法以单轴光学陀螺和单轴加速度计为敏感器件，利用连续旋转的方法消除陀螺漂移等因素对寻北结果的影响，通过设定中间变量建立起陀螺仪输出的角速度及加速度计输出的加速度与初始纬度及航向角之间的关系，用单个加速度计的输出结果补偿初始滚动角及俯仰角的影响；并通过建立以中间变量、陀螺漂移和加速度计零偏为状态量的Kalman滤波误差模型，经滤波估计获得中间变量的数值；并通过数值计算获得初始纬度及航向角的数值。本方法利用单轴陀螺、单轴加速度计以及旋转机构即可完成寻北，不需要初始纬度信息、不需要精确调平，具有简单、实用、可靠性高、成本低等特点。
【专利说明】一种单陀螺单加速度计旋转调制寻北方法【技术领域】
[0001]本发明属于光学陀螺寻北【技术领域】，具体涉及一种单陀螺单加速度计旋转调制寻北方法。
【背景技术】
[0002]寻北仪在陆军战车、火炮等军事领域得到广泛的应用。寻北仪的基本原理是在静态条件下，采用陀螺仪测量北向地球自转角速度，来获得陀螺敏感轴相对北向的偏角，即航向角。寻北原理决定了其精度容易受到陀螺零位、不水平角等因素的影响，需要采取一定措施来消除各种因素对寻北精度的影响。
[0003]通常采用的寻北方法是利用两个陀螺仪，配合旋转机构，在0°~360°范围内等间距位置采集陀螺测量输出的角速度值，来获得陀螺敏感轴相对北向的偏角，即航向角。常用的寻北方案包括两位置方案、三位置方案以及四位置方案等。近年来开始出现利用连续旋转调制的方法，来消除陀螺零位等因素的影响。文献《一种实用旋转调制式陀螺寻北仪的设计》(徐海刚等，兵工学报，第31卷第5期，2010年5月)以及《采用旋转调制技术的高精度陀螺寻北方案》(白云超等，中国惯性技术学报，第18卷第4期，2010年8月)都提出利用连续旋转调制的方案消除陀螺漂移等因素对寻北精度的影响，两篇文献的共同点都是采用单轴陀螺和两个加速度计并利用旋转机构的连续旋转来完成寻北计算。
【发明内容】
[0004]本 发明需要解决的技术问题为:提出一种利用单轴光学陀螺、单轴加速度计以及连续旋转调制技术即可实现寻北的方法。
[0005]本发明的技术方案如下所述:
[0006]一种单陀螺单加速度计旋转调制寻北方法，包括以下步骤:
[0007]步骤1.滤波估计
[0008]步骤1.1.误差模型
[0009]通过对旋转调制下陀螺仪及加速度计输出进行公式推导得如下输出数据关系:
I = cos(a)^^ + sin(a)Z?f + β!.[0010]\ ' (1)
1,/.':.= cos(a)C+ s1.n(a)zy+ ▽'
[0011]其中，
[0012]A'、B'、Cr及D'为中间变量；
[0013]ε '为陀螺漂移；
[0014]▽'为加速度计零偏；
[0015]α为转台旋转角速度，范围可以为5° /s~40° /s ;
[0016]为陀螺仪输出的角速度信息；
[0017]/；加速度计输出的加速度计信息；[0018]利用上述误差方程，建立Kalman滤波器，取状态量如下:
[0019]
【权利要求】
1.一种单陀螺单加速度计旋转调制寻北方法，其特征在于:包括以下步骤:步骤1.滤波估计步骤1.1.误差模型通过对旋转调制下陀螺仪及加速度计输出进行公式推导得如下输出数据关系:|(yf = cos(a)A' + sin(a)B' + ε…\ (1)= cos(aK:'+ sin(a)/)'+ ▽'其中，A'、B'、C'及O'为中间变量；ε/为陀螺漂移；▽'为加速度计零偏；α为转台旋转角速度；为陀螺仪输出的角速度信息；./7加速度计输出的加速度计信息；利用上述误差方程，建立Kalman滤波器，取状态量如下:Χ = [Α' Β' ε' C D' V'](2)`状态方程j =ΦΧ，由各状态量的定义得Φ=0 ；得观测方程:cos(a) sin(^) 1 00 0]?、hk —(3)_ 00 0 cos(?) sin(a) 1对上式在滤波周期内进行积分，得新的观测方程:Zk = Uk.Xk = J hk{i )^(/)-1 J hk(i) \X{n)(4)/-1V /:1 /苴中n的取值等于激皮削勺漱皮雕月 ,J陀敝__度雅输出周期’观测量为:Zk = l~l(5)；Σ/；(ο_ /-1 _步骤1.2.Kalman滤波方程建立上述误差模型后，利用Kalman滤波方法作为参数辨识方法，完成对状态量的估计:状态一步预测:(6)状态估计:
2.根据权利要求1所述的一种单陀螺单加速度计旋转调制寻北方法，其特征在于:步骤1.1中，所述转台旋转角速度α范围为5° /s~40° /s0
【文档编号】G01C19/72GK103697878SQ201310690243
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】李海军, 徐海刚, 姜述明, 李昂, 裴玉锋, 许一汀, 郭元江, 刘冲 申请人:北京自动化控制设备研究所