适用于高速旋转飞行体的半捷联式惯性测量与导航算法
【专利摘要】本发明涉及惯性测量与导航算法，具体是一种适用于高速旋转飞行体的半捷联式惯性测量与导航算法。本发明解决了半捷联式惯性测量系统测得的运动信息无法准确反映高速旋转飞行体的运动信息的问题。适用于高速旋转飞行体的半捷联式惯性测量与导航算法，该算法是采用如下步骤实现的：1）实时测出三维比力；实时测出三维角速率；2）实时更新计算出系到n系的姿态矩阵、系相对n系的三维加速度、系相对n系的三维速度、系相对n系的三维位置、系相对n系的三维姿态角；3）求解出三维比力；4）求解出三维角速率；5）求解出三维加速度；6）求解出三维速度；7）求解出三维位置；8）求解出三维姿态角。本发明适用于测量高速旋转飞行体的运动信息。
【专利说明】适用于高速旋转飞行体的半捷联式惯性测量与导航算法
【技术领域】
[0001]本发明涉及惯性测量与导航算法，具体是一种适用于高速旋转飞行体的半捷联式惯性测量与导航算法。
【背景技术】
[0002]在传统的捷联惯导系统中，惯性测量组件(InertialMeasurementUnit,简称IMU)与载体捷联安装(载体运动过程中，惯性测量组件与载体之间没有任何相对运动)，因此，三个轴向的加速度计和陀螺仪的敏感轴始终与载体系的对应轴方向一致，惯性测量组件实时测量载体系相对惯性系的运动角速率和加速度信息，然后利用牛顿运动定律推算载体运动的实时姿态、速度和位置等信息。而在适用于高速旋转飞行体的半捷联式惯性测量系统中，由于惯性测量组件是通过具有“隔转止旋”功能的特殊结构安装于高速旋转飞行体内部，因此，除横滚轴方向的加速度计和陀螺仪的敏感轴与高速旋转飞行体的纵轴方向始终一致外(横滚轴方向的加速度计和陀螺仪不随高速旋转飞行体高速旋转，只沿横滚轴方向作低角速率运动)，其它两个轴向(俯仰轴方向和航向轴方向)的加速度计和陀螺仪的敏感轴与高速旋转飞行体的对应轴之间的角度会随载体的旋转而变化。因此，在半捷联式惯性测量系统中，惯性测量组件测得的运动信息并不代表载体的运动信息。为此有必要发明一种全新的半捷联式惯性测量与导航算法，以解决半捷联式惯性测量系统测得的运动信息无法准确反映高速旋转飞行体的运动信息的问题。
【发明内容】
[0003]本发明为了解决 半捷联式惯性测量系统测得的运动信息无法准确反映高速旋转飞行体的运动信息的问题，提供了一种适用于高速旋转飞行体的半捷联式惯性测量与导航算法。
[0004]本发明是采用如下技术方案实现的:适用于高速旋转飞行体的半捷联式惯性测量与导航算法，该算法是采用如下步骤实现的:
[0005]I)假设高速旋转飞行体的发射坐标系为导航坐标系，简称为η系；假设高速旋转飞行体对应的坐标系为载体坐标系，简称为b系；假设半捷联式惯性测量系统对应的坐标
系为测量坐标系，简称为I系；
[0006]假设在高速旋转飞行体的发射时刻，I系与b系的对应轴向完全一致；当高速旋转飞行体开始运动后，b系随高速旋转飞行体同步变化，^系则由于半捷联平台的隔转止旋作用而不随高速旋转飞行体同步变化，但b系和$系的横滚轴方向始终一致，且b系和$系的横滚角之差为Afwi;
[0007]通过半捷联式惯性测量系统中的三轴加速度计实时测出&系相对η系的三维比力；通过半捷联式惯性测量系统中的三轴陀螺仪实时测出&系相对η系的三维角速率、I系与b系之间的横滚角之差；
[0008]2)根据/;薛相对η系的三维比力、石系相对η系的三维角速率，实时更新计算出石系到η系的姿态矩阵、g系相对η系的三维加速度、^系相对η系的三维速度、^系相对η系的三维位置、$系相对η系的三维姿态角；
[0009]3)根据g系相对η系的三维比力、~b系与b系之间的横滚角之差，求解出b系相对η系的三维比力；求解公式如下:
[0010]
【权利要求】
1.一种适用于高速旋转飞行体的半捷联式惯性测量与导航算法，其特征在于:该算法是采用如下步骤实现的: 1)假设高速旋转飞行体的发射坐标系为导航坐标系，简称为η系；假设高速旋转飞行体对应的坐标系为载体坐标系，简称为b系；假设半捷联式惯性测量系统对应的坐标系为测量坐标系，简称为&系； 假设在高速旋转飞行体的发射时刻，^系与b系的对应轴向完全一致；当高速旋转飞行体开始运动后，b系随高速旋转飞行体同步变化，^系则由于半捷联平台的隔转止旋作用而不随高速旋转飞行体同步变化，但b系和^系的横滚轴方向始终一致，且b系和^系的横'滚角之差为; 通过半捷联式惯性测量系统中的三轴加速度计实时测出I系相对η系的三维比力；通过半捷联式惯性测量系统中的三轴陀螺仪实时测出I系相对η系的三维角速率、&系与b系之间的横滚角之差； 2)根据&系相对η系的三维比力Jy系相对η系的三维角速率，实时更新计算出&系到η系的姿态矩阵、^系相对η系的三维加速度、^系相对η系的三维速度、I系相对η系的三维位4 相对η系的三维姿态角； 3)根据《系相对η系的三维比力、各系与b系之间的横滚角之差，求解出b系相对η系的三维比力；求解公式如下:
2.根据权利要求1所述的适用于高速旋转飞行体的半捷联式惯性测量与导航算法，其特征在于:所述步骤2)中，实时更新计算的步骤包括: 2.1)利用b系相对η系的三维姿态角，计算出b系到η系的姿态矩阵；计算公式如下:
【文档编号】G01C21/20GK103776450SQ201410070602
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】李 杰, 张樨, 刘俊, 张晓明, 范建英, 秦丽, 郭涛, 石云波, 景增增, 张松 申请人:中北大学