一種單陀螺單加速度計旋轉調製尋北方法
2024-03-22 12:41:05
一種單陀螺單加速度計旋轉調製尋北方法
【專利摘要】本發明屬於光學陀螺尋北【技術領域】，具體涉及一種單陀螺單加速度計旋轉調製尋北方法。本方法以單軸光學陀螺和單軸加速度計為敏感器件，利用連續旋轉的方法消除陀螺漂移等因素對尋北結果的影響，通過設定中間變量建立起陀螺儀輸出的角速度及加速度計輸出的加速度與初始緯度及航向角之間的關係，用單個加速度計的輸出結果補償初始滾動角及俯仰角的影響；並通過建立以中間變量、陀螺漂移和加速度計零偏為狀態量的Kalman濾波誤差模型，經濾波估計獲得中間變量的數值；並通過數值計算獲得初始緯度及航向角的數值。本方法利用單軸陀螺、單軸加速度計以及旋轉機構即可完成尋北，不需要初始緯度信息、不需要精確調平，具有簡單、實用、可靠性高、成本低等特點。
【專利說明】一種單陀螺單加速度計旋轉調製尋北方法【技術領域】
[0001]本發明屬於光學陀螺尋北【技術領域】，具體涉及一種單陀螺單加速度計旋轉調製尋北方法。
【背景技術】
[0002]尋北儀在陸軍戰車、火炮等軍事領域得到廣泛的應用。尋北儀的基本原理是在靜態條件下，採用陀螺儀測量北向地球自轉角速度，來獲得陀螺敏感軸相對北向的偏角，即航向角。尋北原理決定了其精度容易受到陀螺零位、不水平角等因素的影響，需要採取一定措施來消除各種因素對尋北精度的影響。
[0003]通常採用的尋北方法是利用兩個陀螺儀，配合旋轉機構，在0°~360°範圍內等間距位置採集陀螺測量輸出的角速度值，來獲得陀螺敏感軸相對北向的偏角，即航向角。常用的尋北方案包括兩位置方案、三位置方案以及四位置方案等。近年來開始出現利用連續旋轉調製的方法，來消除陀螺零位等因素的影響。文獻《一種實用旋轉調製式陀螺尋北儀的設計》(徐海剛等，兵工學報，第31卷第5期，2010年5月)以及《採用旋轉調製技術的高精度陀螺尋北方案》(白雲超等，中國慣性技術學報，第18卷第4期，2010年8月)都提出利用連續旋轉調製的方案消除陀螺漂移等因素對尋北精度的影響，兩篇文獻的共同點都是採用單軸陀螺和兩個加速度計並利用旋轉機構的連續旋轉來完成尋北計算。
【發明內容】
[0004]本 發明需要解決的技術問題為:提出一種利用單軸光學陀螺、單軸加速度計以及連續旋轉調製技術即可實現尋北的方法。
[0005]本發明的技術方案如下所述:
[0006]一種單陀螺單加速度計旋轉調製尋北方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1.濾波估計
[0008]步驟1.1.誤差模型
[0009]通過對旋轉調製下陀螺儀及加速度計輸出進行公式推導得如下輸出數據關係:
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'為中間變量；
[0013]ε '為陀螺漂移；
[0014]▽'為加速度計零偏；
[0015]α為轉臺旋轉角速度，範圍可以為5° /s~40° /s ;
[0016]為陀螺儀輸出的角速度信息；
[0017]/；加速度計輸出的加速度計信息；[0018]利用上述誤差方程，建立Kalman濾波器，取狀態量如下:
[0019]
【權利要求】
1.一種單陀螺單加速度計旋轉調製尋北方法，其特徵在於:包括以下步驟:步驟1.濾波估計步驟1.1.誤差模型通過對旋轉調製下陀螺儀及加速度計輸出進行公式推導得如下輸出數據關係:|(yf = cos(a)A' + sin(a)B' + ε…\ (1)= cos(aK:'+ sin(a)/)'+ ▽'其中，A'、B'、C'及O'為中間變量；ε/為陀螺漂移；▽'為加速度計零偏；α為轉臺旋轉角速度；為陀螺儀輸出的角速度信息；./7加速度計輸出的加速度計信息；利用上述誤差方程，建立Kalman濾波器，取狀態量如下:Χ = [Α' Β' ε' C D' V'](2)`狀態方程j =ΦΧ，由各狀態量的定義得Φ=0 ；得觀測方程:cos(a) sin(^) 1 00 0]?、hk —(3)_ 00 0 cos(?) sin(a) 1對上式在濾波周期內進行積分，得新的觀測方程:Zk = Uk.Xk = J hk{i )^(/)-1 J hk(i) \X{n)(4)/-1V /:1 /苴中n的取值等於激皮削勺漱皮雕月 ,J陀敝__度雅輸出周期』觀測量為:Zk = l~l(5)；Σ/；(ο_ /-1 _步驟1.2.Kalman濾波方程建立上述誤差模型後，利用Kalman濾波方法作為參數辨識方法，完成對狀態量的估計:狀態一步預測:(6)狀態估計:
2.根據權利要求1所述的一種單陀螺單加速度計旋轉調製尋北方法，其特徵在於:步驟1.1中，所述轉臺旋轉角速度α範圍為5° /s~40° /s0
【文檔編號】G01C19/72GK103697878SQ201310690243
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月16日 優先權日:2013年12月16日
【發明者】李海軍, 徐海剛, 姜述明, 李昂, 裴玉鋒, 許一汀, 郭元江, 劉衝 申請人:北京自動化控制設備研究所