基于光纤陀螺的光电平台姿态检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光电检测领域，是一种基于光纤陀螺的光电平台姿态检测方法。该方 法利用安装在光电平台上的惯性测量器件组成的测量单元，实现军用光电平台的姿态检 测。
【背景技术】
[0002] 随着信息技术、智能弹药、远程打击等技术的发展，各种光电平台系统已经进入了 信息化阶段。因此，对武器系统的打击精度、攻击距离、信息共享、反应时间、机动能力都提 出更高的要求。传统光电平台系统，只在停下来进行目标观察瞄准时能保障精度，而动态情 况下的精度难以满足指标要求。因此，为这些光电平台系统提供姿态信息，配备姿态测量系 统是一个重要的解决方案。
[0003] 光电平台必须要了解自身载体的方位角、俯仰角和侧倾角等姿态信息，然后才能 为光电系统观察目标、确定目标位置和方位、锁定目标，提供精确的修正量；尤其是间接瞄 准观察目标时，它可以根据前方观察者、后方使用者、目标位置等信息，调整平台的姿态，间 接测量出目标的地理信息。
[0004] 通过姿态测量系统精确测出光电平台在运动中的方位角度、姿态角度等信息，使 观察人员能够获得良好的观瞄、操作能力，进行目标锁定。同时，可以将光电平台的运动数 据发送到其它信息单元，用于进行各种补偿解算，提高观瞄精度。
[0005] 姿态测量及为观瞄线相结合具有明显优势：首先，高精度陀螺稳定的光电平台漂 移量小；其次，动态稳定性能好，可以实现自动目标跟踪功能，观瞄装置可以在行进中稳定 的跟踪目标。我国该项技术的发展与国外还有较大的差距，因此，需要提出新的姿态测量方 法，为新型光电稳定平台在各种载体平台的发展提供原理分析和技术支撑。
【发明内容】
[0006] 本发明针对光电稳定平台的姿态检测和在未来装备中的使用问题，面向光电稳定 平台的姿态检测需求，提供一种基于光纤陀螺的光电平台姿态检测方法。
[0007] 本发明的技术方案为：
[0008] 所述一种基于光纤陀螺的光电平台姿态检测方法，其特征在于：采用正交安装的 三只光纤陀螺及正交安装的三只加速度计组成頂U组件，MU组件安装在光电平台上，且 IMU组件能够绕光电平台方位轴和俯仰轴转动，并用过以下步骤进行光电平台姿态检测：
[0009] 步骤1 :对MU组件进行初始对准：
[0010] 控制MU组件绕光电平台方位轴转动，得到MU组件转动0度，90度，180 度和270度时刻的输出：0度位置三个陀螺输出[网;1 巧?]和三个加速度计输 出[./；f /If丨1 ]，90度位置三个陀螺输出[6?2 叫，2 ]和三个加速度计输出
[./if W2 ]，180度位置三个陀螺输出[< < <]和三个加速度计输出 LG3 ./；f ./；f]，270度位置三个陀螺输出K4 和三个加速度计输出
[A4 A4 ^4];并得到頂U组件当前姿态和方位角度为：
【主权项】
1. 一种基于光纤陀螺的光电平台姿态检测方法，其特征在于：采用正交安装的三只光 纤陀螺及正交安装的三只加速度计组成MU组件，MU组件安装在光电平台上，并用过以下 步骤进行光电平台姿态检测： 步骤1 :对MU组件进行初始对准： 控制MU组件绕光电平台方位轴转动，得到MU组件转动O度，90度，180度和270度时 刻的输出：〇度位置三个陀螺输出?41]和三个加速度计输出[C1 .g1尨1]， 90度位置三个陀螺输出6?2]和三个加速度计输出[./；f W2 ./；f]，180度位 置三个陀螺输出[</ 碎f]和三个加速度计输出[K 3 ./;f ./；f]，270度位置三个陀 螺输出[<4 <4]和三个加速度计输出[./T ./,Γ ./T];并得到頂U组件当前姿态 和方位角度为： '1
一 其中L是光电平台所处的炜度，g为重力加速度，Wie为地球的自转角速率； 建立MU组件的初始捷联矩阵Cl/t/0:
并对四元数矩阵Q = [qci Q1 q2 q3]进行初始化： q〇= cos ( α /2) cos ( β /2) cos ( γ /2) -sin ( α /2) sin ( β /2) sin ( γ /2), Q1= cos ( α /2) sin ( β /2) cos ( γ /2) +sin ( α /2) cos ( β /2) sin ( γ /2)， q2= cos ( α /2) cos ( β /2) sin ( γ /2) -sin ( α /2) sin ( β /2) cos ( γ /2)， q3= -sin ( α /2) cos ( β /2) cos ( γ /2) +cos ( α /2) sin ( β /2) sin ( γ /2)； 在初始对准后，光电稳定平台的方位角α2、俯仰角度为β2、倾斜角度γ2与頂U组件 的方位角α、俯仰角度为β、倾斜角度γ对应相同； 步骤2 :采用以下步骤对初始对准后的IMU组件进行方位和姿态测量： 步骤2. 1 :根据三个陀螺在当前采样周期的测量数据ω?= [ω ω?ζ]以及在 上一采样周期的测量数据ωε1= [ω elx ?ely ωε1ζ]，得到角度增量Ε1，Ε2: El = (ωβ1-ω?η) Xh, Ε2 = (ωβ2-ω?η) Xh 其中h为采样周期，《in通过以下公式计算：
Vx为光电平台相对大地坐标系的东向运动速度，V y为光电平台相对大地坐标系的北向 运动速度，R为地球半径； 步骤2. 2:根据角度增量E1，E2计算向量# = &也]:
φ = Ε\ + Ε2 + -Ε\χΕ2 3 得到四元数增量⑶= [cc ，其中向量模值 步骤2. 3 :根据得到的四元数增量Qh更新四元数： Qk= Qk-i · Qh 其中Qlrt为上一采样周期得到的四元数，Qk为当前采样周期更新后的四元数，Qk= [q〇k Qik q2k q3k]； 步骤2. 4 :根据更新后的四元数Qk得到当前采样周期MU组件的捷联矩阵：
步骤2. 5 :根据当前采样周期MU组件的捷联矩阵得到当前采样周期MU组件的方位 角度和姿态角度：
步骤3 :采用以下步骤测量光电平台方位和姿态测量： 步骤3. 1 :由光电平台得到当前采样周期MU组件相对光电平台的方位角度a lk、俯仰 角度β lk，计算从頂U组件到光电平台的姿态转换矩阵:
进一步得到当前采样周期光电平台相对大地坐标系的捷联矩阵<^,_=<^?ω_((^?ω/; 步骤3. 2 :根据当前采样周期光电平台相对大地坐标系的捷联矩阵Cbk得到当前采样 周期光电平台的方位角度和姿态角度： 俯仰角度：L= SirT1(CbkGJ)),
【专利摘要】本发明提出一种基于光纤陀螺的光电平台姿态检测方法，采用正交安装的三只光纤陀螺及正交安装的三只加速度计组成IMU组件，IMU组件安装在光电平台上，且IMU组件能够绕光电平台俯仰轴和方位轴转动上，跟随俯仰轴运动。姿态测量系统通过采样IMU的输出信号，解算得到IMU的空间方位角度、姿态角度。再通过光电稳定平台的方位轴和俯仰轴的测角机构，测出姿态测量系统相对光电稳定平台的相对空间关系，计算获得光电稳定平台的方位角度、姿态角度。
【IPC分类】G01C21-18
【公开号】CN104634346
【申请号】CN201510078683
【发明人】贺峻峰, 张建峰, 许开銮, 李颖娟, 朱建军, 康婷颋, 陈红, 康臻, 周国良, 梁庆仟, 杨萌, 张夏江, 易科, 陈颍
【申请人】西安应用光学研究所
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月13日