基于飞行器舵面偏转的高精度动态测量方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115878939A(43)申请公布日2023.03.31(21)申请号202211578713.7G01C25/00(2006.01)(22)申请日2022.12.05(71)申请人无锡北微传感科技有限公司地址214100江苏省无锡市滨湖区绣溪路58-30(72)发明人时广轶陈丽娜李文荣金玉丰王春波(74)专利代理机构长沙大珂知识产权代理事务所(普通合伙)43236专利代理师姚弘奕(51)Int.Cl.G06F17/10(2006.01)B64F5/60(2017.01)G06N3/048(2023.01)G01C1/00(2006.01)权利要求书11页说明书22页附图1页(54)发明名称基于飞行器舵面偏转的高精度动态测量方法(57)摘要本发明公开了基于飞行器舵面偏转的高精度动态测量方法，该方法包括：高精度姿态融合算法、温度时间漂移补偿算法及安装误差修正算法。多种算法的共同使用来保证飞行器静态及动态检测的精度。本发明提供的基于飞行器舵面偏转的高精度动态测量方法，设计定位定姿算法架构，分级解决误差影响，综合分析位置解算和姿态解算转换关系，以互补方式解决微惯导系统自身误差和漂移的问题。操作简单，精度高，重复性好，具有极高的工程应用价值。CN115878939ACN115878939A权利要求书1/11页1.一种基于飞行器舵面偏转的高精度动态测量方法，采集加速度计和磁力计输出的数据，确定载体坐标系，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据加速度计测量的数据确定初始横滚角和初始俯仰角θ；根据初始横滚角初始俯仰角θ对磁力计输出的初始数据进行补偿；用补偿后的磁力计输出数据，计算初始航向角ψ，初始横滚角初始俯仰角θ和初始航向角ψ组成初始姿态角；将初始姿态角从载体坐标系转化成地面坐标系，得到初始四元数，根据初始四元数计算重力向量和地磁向量，将归一化后的加速度计的初始数据与重力向量和地磁向量进行计算，求出误差；将陀螺仪测量的角速度和倾角传感器测量的加速度，采用卡尔曼滤波算法进行融合：将加速度输出的数据，通过矢量的内积原理得到传感器转动的角度；根据角速度计算转动角度，采用四元数法表示姿态；获取运动前和运动后的四元数，计算运动的角度；S2：温度漂移、时间漂移补偿算法；所述温度漂移补偿包括：至少进行一次升温过程和一次降温过程，在每一个温度点，记录传感器的温度，迎角，横滚角和侧滑角的输出；计算迎角，横滚角和侧滑角的角度随着温度变化的曲线，漂移曲线为直线，相应直线的斜率即角度的温度漂移，用最小二乘法拟合，计算直线的截距和漂移率；时间漂移补偿包括：利用径向基函数RBF神经网络建立传感器角度的时漂补偿模型，对传感器角度的时漂补偿，将传感器的迎角、横滚角和侧滑角实际输出值作为RBF网络的输入，而真实值作为网络输出，对网络进行训练，采用正交最小二乘算法作为RBF神经网络的训练算法，通过逐步增长法对网络隐含层节点个数进行确定；S3：安装误差修正算法，包括：传感器组件安装误差包括与被测物所在面的俯仰误差角，横滚误差角，航向误差角对应的误差标定旋转矩阵，将误差标定矩阵从被测物坐标系n系变换传感器坐标系b系，分别测试三次，每次旋转任意角度，得到传感器加计读数，利用Jacobi迭代法和Newton迭代法解算，得到误差标定矩阵，通过误差标定矩阵将传感器对应的坐标系变换至被测物坐标系，测量出被测物角度。2.根据权利要求1所述的基于飞行器舵面偏转的高精度动态测量方法，其特征在于，所述根据加速度计输出的数据，确定初始横滚角和初始俯仰角θ，公式如下：式中，ax、ay和az为加速度计输出的初始数据；载体坐标系与底面坐标系间的转换矩阵为T，当ψ＝0时，转换矩阵T的公式如下：运算得到2CN115878939A权利要求书2/11页式中，为初始横滚角，θ为初始俯仰角；所述根据初始横滚角初始俯仰角θ和磁力计输出的初始数据，获取补偿后的磁力计数据，计算式如下：式中，magx和magy为补偿后的磁力计输出数据，mx、my和mz为磁力计输出的初始数据；所述用补偿后的磁力计输出数据，计算初始航向角ψ，计算公式如下：得到初始姿态角如下：其中，是初始横滚角，θ是初始俯仰角，ψ是初始航向角。3.根据权利要求2所述的基于飞行器舵面偏转的高精度动态测量方法，其特征在于，所述将所述载体坐标系转化成地面坐标系，根据对应参考的重力向量和地磁向量求误差，包括：根据四元素方法中的俯仰、横滚、和方位角α、γ和β获得对应的初始四元数，公式如下：用初始四元数求得转换矩阵T，转换矩阵T如下：对加速度计输出的初始数据进行归一化处理，处理公式如下：3CN115878939A权利要求书3/11页计算重力和磁场的方向向量，公式如下：使用处理后的ax′、ay′和az′与重力和