一種載體初始動(dòng)態(tài)姿態(tài)確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種載體初始動(dòng)態(tài)姿態(tài)確定方法，其作用是為機(jī)器的姿態(tài)穩(wěn)定控制提 供動(dòng)態(tài)的高帶寬的姿態(tài)信息，屬于慣性導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)器的姿態(tài)穩(wěn)定控制中所需的姿態(tài)信息是通過慣性導(dǎo)航產(chǎn)品提供的，慣性導(dǎo)航產(chǎn) 品有體積小、重量輕、可靠性高等特點(diǎn)，幾乎為機(jī)器姿態(tài)穩(wěn)定控制領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)配件。在機(jī)器 姿態(tài)穩(wěn)定控制的應(yīng)用中，機(jī)器初始姿態(tài)分為兩大類：一，靜態(tài)，即初始姿態(tài)為一穩(wěn)定的固定 值；二，動(dòng)態(tài)，即晃動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)情況下的姿態(tài)為有一定帶寬的不斷變化的值。機(jī)器初始姿態(tài) 確定后，還要連續(xù)不間斷的確定機(jī)器的實(shí)時(shí)姿態(tài)值，也就是通過慣性導(dǎo)航產(chǎn)品提供導(dǎo)航姿 態(tài)。因此，在工程應(yīng)用中需要對(duì)初始姿態(tài)為動(dòng)態(tài)的機(jī)器姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量，該樣才能提高機(jī)器姿 態(tài)穩(wěn)定控制的環(huán)境實(shí)用性W及用戶體驗(yàn)感。
[0003] 現(xiàn)有許多同類慣性導(dǎo)航產(chǎn)品中大都能夠提供機(jī)器初始姿態(tài)為靜態(tài)條件下的姿態(tài) 導(dǎo)航。初始姿態(tài)的確定的常規(guī)方法是通過加速度計(jì)敏感重力加速度分量的方式確定的。常 規(guī)方法的具體原理如下：
[0004] 設(shè)n系為地理坐標(biāo)系（東-北-天），粗對(duì)準(zhǔn)后的坐標(biāo)系為n'系，載體坐標(biāo)系為b 系，首先進(jìn)行系統(tǒng)的粗對(duì)準(zhǔn)。
[0005] 把重力加速度和地球自轉(zhuǎn)向b系投影，得到下面兩式：
[0006] gb =Clgn
[0007] 巧/ = C>,e"
[0008]其中g(shù)b及《通過加速度計(jì)及巧螺數(shù)據(jù)換算得到，設(shè)加速度計(jì)和巧螺輸出分別為 戶和《b，巧為從n系到b系的坐標(biāo)變換矩陣。
[000引近似地有；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種載體初始動(dòng)態(tài)姿態(tài)確定方法，本方法根據(jù)獲得的初始姿態(tài)矩陣C=求解得到θ、 γ，從而得到載體初始動(dòng)態(tài)姿態(tài)；其特征在于：所述初始姿態(tài)矩陣C；；按如下方法確定，初始 姿態(tài)矩陣C=是一個(gè)時(shí)變矩陣，以q：(i)表示，將分解成q(r)、<:》。(，)和c:;。三部分并 分別求解可得到 矩陣
和c::?！酚蛇\(yùn)載體所 在的經(jīng)度和煒度求得，C^i)由初始對(duì)準(zhǔn)經(jīng)歷的時(shí)間t實(shí)時(shí)確定，即
其中，U和λ ^分別為對(duì)準(zhǔn)起始t ^時(shí)刻慣導(dǎo)的煒度和經(jīng)度，Lt和λ 別為對(duì)準(zhǔn)起始t 時(shí)刻慣導(dǎo)的煒度和經(jīng)度；指地球自轉(zhuǎn)角速率；上述幾式經(jīng)過合并整理，得
矩陣ct(r)利用陀螺輸出的角運(yùn)動(dòng)信息，通過慣導(dǎo)姿態(tài)更新算法
為io系到b系的角速度變換向量， [〇)x]為〇)的反對(duì)稱矩陣。 矩陣Ct表示兩個(gè)慣性坐標(biāo)系之間的變換矩陣，為一個(gè)常值陣，可根據(jù)慣導(dǎo)比力方程
首先，將慣導(dǎo)比力方程改寫姑
兩邊同時(shí)求導(dǎo)，并考慮到
；故比 力方程變?yōu)?br>，并將該式兩邊同時(shí)左乘c;;?(/)=cH()c!：(i)，即 在ib〇系上投影得
，其中，/⑴是 慣導(dǎo)對(duì)地速度在b系上的投影，通過加速度計(jì)和GPS測(cè)量信息融合后經(jīng)過變換得到； 將比力方程兩邊同時(shí)積分，得e幻=，其中
=tm兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)過程中的不同時(shí)刻，則有
再利用 矩陣構(gòu)造算法可求得坐標(biāo)系變換常值矩陣Ct1，即
其中，
〖為GPS速度信息和加速度計(jì)信息融合信息； 其中，Vn⑴為η系下的速度，為η系下的速度的導(dǎo)數(shù)即加速度，為η系下的 比力，g1^ η系下的重力加速度，為η系下的地球自轉(zhuǎn)角速度，為η系下的位置 速率矩陣，為η系下的速率矩陣，η系為導(dǎo)航坐標(biāo)系，b系為載體坐標(biāo)系，L系為慣性 初始坐標(biāo)系，4。系為載體相對(duì)于初始時(shí)刻慣性空間的慣性坐標(biāo)系，<?。為4。系到 i(1系的變 換矩陣，C&)為&系到η系的變換矩陣，ν?Μ'⑷為& .系下的速度，為4。系下的GPS速 度矢量：
為加速度計(jì)積分得到的速度矢量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種載體初始動(dòng)態(tài)姿態(tài)確定方法，本方法根據(jù)獲得的初始姿態(tài)矩陣求解得到θ、γ，從而得到載體初始動(dòng)態(tài)姿態(tài)；所述初始姿態(tài)矩陣按如下方法確定，初始姿態(tài)矩陣是一個(gè)時(shí)變矩陣，以表示，將分解成和三部分并分別求解可得到本發(fā)明利用了GPS和加速度計(jì)信息的融合，獲得精確真實(shí)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)矩陣信息。本發(fā)明可解決慣性導(dǎo)航產(chǎn)品初始姿態(tài)為晃動(dòng)或者線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下常規(guī)姿態(tài)測(cè)量方法不能正確獲取姿態(tài)信息的缺陷，提高慣性導(dǎo)航產(chǎn)品姿態(tài)測(cè)量的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性。
【IPC分類】G01S19-53, G01C21-16
【公開號(hào)】CN104864869
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510306597
【發(fā)明人】李寶林
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十六研究所
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年6月5日