一种垂直状态惯性导航的初始基准的建立方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及惯性导航的初始基准的建立方法技术领域。更具体地，涉及一种垂直 状态惯性导航的初始基准的建立方法。
【背景技术】
[0002] 通常，在惯性导航的初始基准的建立过程中，由水平加速度计的输出确定弹体的 俯仰角和滚转角，初始基准的建立过程也称初值计算。根据反三角函数求解的特点，角度越 小精度越高。因此，一般在俯仰角和滚转角小于10°的数值范围内进行初值计算。如果X向加 速度计位于与水平面垂直或者准垂直状态，继续用传统的方法进行初值计算将产生较大的 误差，甚至出现奇异值。
[0003] 当X向加速度计位于与水平面垂直或者准垂直状态时，如何避免初值计算的误差 成为本领域技术人员亟待解决的问题。
[0004] 因此，需要提供一种垂直状态惯性导航的初始基准的建立方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种垂直状态惯性导航的初始基准的建立方法。
[0006] 为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0007] -种垂直状态惯性导航的初始基准的建立方法，包括如下步骤：
[0008] 构建真实的弹体坐标系；
[0009] 利用真实的弹体坐标系构建虚拟的弹体坐标系；
[0010] 分别将测量得到的真实的弹体坐标系的Y轴方向的加速度和Z轴方向的加速度转 换到虚拟的弹体坐标系，分别得到虚拟的弹体坐标系的X轴方向的加速度和Z轴方向的加速 度；
[0011]在预先设定的累计时间内，分别累计计算虚拟的弹体坐标系的X轴方向的加速度 和Z轴方向的加速度，分别获得虚拟的弹体坐标系的累计后的X轴方向的加速度和Z轴方向 的加速度；
[0012] 由虚拟的弹体坐标系的累计后的X轴方向的加速度计算得到俯仰角的正弦值和余 弦值；由虚拟的弹体坐标系的累计后的Z轴方向的加速度计算得到滚转角的正弦值和余弦 值；
[0013] 由俯仰角的正弦值、俯仰角的余弦值、滚转角的正弦值和滚转角的余弦值计算得 到虚拟的弹体坐标系的四元数；
[0014] 由虚拟的弹体坐标系的四元数计算得到真实的弹体坐标系的四元数。
[0015] 优选地，所述真实的弹体坐标系的原点0为弹体的质心，其X轴沿水平方向从弹体 的质心指向弹头的方向，其Y轴沿竖直方向向上，真实的弹体坐标系的X轴、Y轴和Z轴两两垂 直且构成右手坐标系。
[0016] 优选地，所述虚拟的弹体坐标系的原点0'与所述真实的弹体坐标系的原点0重合， 虚拟的弹体坐标系的X'轴沿真实的弹体坐标系的γ轴的负方向；虚拟的弹体坐标系的γ'轴 沿真实的弹体坐标系的X轴的正方向；虚拟的弹体坐标系的f轴、ν轴和f轴两两垂直且构 成右手坐标系。
[0017] 优选地，所述真实的弹体坐标系的Y轴方向的加速度转换到虚拟的弹体坐标系的 转换公式为：
[0018] χ = -δΥγ；
[0019] 其中，δν\为虚拟的弹体坐标系的X轴方向的加速度;δν^真实的弹体坐标系的Υ 轴方向的加速度；
[0020] 所述真实的弹体坐标系的Ζ轴方向的加速度转换到虚拟的弹体坐标系的转换公式 为：
[0021] δν/ζ = δνζ;
[0022] 其中，δν、*虚拟的弹体坐标系的Ζ轴方向的加速度;δνζ为真实的弹体坐标系的Ζ 轴方向的加速度。
[0023] 优选地，所述虚拟的弹体坐标系的累计后的X轴方向的加速度的计算公式为：
[0024] EVx2 = EVxi+5V/x；
[0025] 其中，EVx2为虚拟的弹体坐标系的累计后的X轴方向的加速度;EVxl为虚拟的弹体 坐标系的累计前的X轴方向的加速度；
[0026 ]所述虚拟的弹体坐标系的累计后的Z轴方向的加速度的计算公式为：
[0027] EVz2 = EVzi+5V/z；
[0028] 其中，EVz2为虚拟的弹体坐标系的累计后的X轴方向的加速度;EVzl为虚拟的弹体 坐标系的累计前的X轴方向的加速度。
[0029] 优选地，所述俯仰角的正弦值的计算公式为：
[0030] sin(iX9) = ； §
[0031] 其中，??η(δθ)为俯仰角的正弦值;g为当地重力加速度；
[0032] 所述俯仰角的余弦值的计算公式为：
[0033] cos(i><.9) = ^|l -sin(i>\9)sin(i>\9)|
[0034] 其中，C〇s(S0)为俯仰角的余弦值。
[0035]优选地，所述滚转角的正弦值的计算公式为： -EV
[0036] sm(<^) =-； Ιζ c〇s(d&)
[0037] 其中，??η(δ γ )为滚转角的正弦值；
[0038] 所述滚转角的余弦值的计算公式为：
[0039] cos(^K) = ^Jl - s i η (i)V) s i η (δγ} j
[0040] 其中，cos(S γ )为滚转角的余弦值。
[0041] 优选地，所述虚拟的弹体坐标系的四元数的计算公式为： <·/,； -- ^-^|l + cos(i)\9) + cos(i>\9)cos(t>V)-f cos(i^)| q[ - ^^[sin(()/) + co$(d\9) sin(c>/)] M
[0042] 1 ； q'-, =-sinfd\9)sin(i>y) 4i/(； q\ = [sinf<>\9) -f- sin(t>\9)cos(i>>)] '
[0043] 其中，q%、q、、qS、qS为虚拟的弹体坐标系的四元数。
[0044] 优选地，所述真实的弹体坐标系的四元数的计算公式为： ie = L/? cos(~)_i/.； sini-) (6/, =i/；cos(j) + i/；sin(j)
[0045] ； 7Γ 7Γ q2 = c{z cos(^-) - q\ s*n(^) f3：=i/；cos(^) + i/；,sin(j)
[0046]其中，9〇、91、92、93为真实的弹体坐标系的四元数。
[0047]优选地，所述俯仰角和所述滚转角的数值均小于10°。
[0048]本发明的有益效果如下：
[0049] (1)所述建立方法通过坐标转换，在小角度下进行初值计算，使得计算精度得到保 证，然后转换到真实的弹体坐标系。
[0050] (2)所述建立方法能够避免出现奇异值，并且精度不会下降。
【附图说明】
[0051] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0052] 图1为本发明实施例提供的垂直状态惯性导航的初始基准的建立方法的流程图。
【具体实施方式】
[0053] 为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说 明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体 描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
[0054] 如图1所示，本实施例提供的垂直状态惯性导航的初始基准的建立方法包括如下 步骤：
[0055] S1:构建真实的弹体坐标系；
[0056] S2:利用真实的弹体坐标系构建虚拟的弹体坐标系；
[0057] S3:分别将测量得到的真实的弹体坐标系的Y轴方向的加速度和Z轴方向的加速度 转换到虚拟的弹体坐标系，分别得到虚拟的弹体坐标系的X轴方向的加速度和Z轴方向的加 速度；
[0058] S4:在预先设定的累计时间内，分别累计计算虚拟的弹体坐标系的X轴方向的加速 度和Z轴方向的加速度，分别获得虚拟的弹体坐标系的累计后的X轴方向的加速度和Z轴方 向的加速度；
[0059] S5:由虚拟的弹体坐标系的累计后的X轴方向的加速度计算得到俯仰角的正弦值 和余弦值；由虚拟的弹体坐标系的累计后的Z轴方向的加速度计算得到滚转角的正弦值和 余弦值;俯仰角和滚转角的数值均小于1 〇° ;
[0060] S6:由俯仰角的正弦值、俯仰角的余弦值、滚转角的正弦值和滚转角的余弦值计算 得到虚拟的弹体坐标系的四元数；
[0061] S7:由虚拟的弹体坐标系的四元数计算得到真实的弹体坐标系的四元数。
[0062] 至上述步骤S7,已经完成了一种垂直状态惯性导航的初始基准的建立。
[0063] 上述步骤S1中，弹体水平放置且弹头位于水平面内，真实的弹体坐标系的原点0为 弹体的质心，其X轴沿水平方向从弹体的质心指向弹头的方向，其Y轴沿竖直方向向上，真实 的弹体坐标系的X轴、Y轴和Z轴两两垂直且构成右手坐标系。
[0064] 上述步骤S2中，虚拟的弹体坐标系的原点与真实的弹体坐标系的原点0重合，即 为弹体的质心，虚拟的弹体