CN106123927A - 一种载体加速运动时倾角误差修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种载体加速运动时倾角误差修正方法，在天线处于稳定跟踪状态下，根据计算得到的天线载体直线加速度和向心加速度在姿态测量单元倾角传感器敏感方向上的分量，对直线加速度和向心加速度对倾角传感器的影响进行修正，然后对修正后倾角传感器角速度数据做卡尔曼滤波处理，得到修正后的横滚、俯仰倾角。本发明通过对倾角传感器的横滚倾角以及俯仰倾角进行修正，克服了载体加速度对倾角传感器的影响。通过修正后的横滚倾角以及俯仰倾角，能够准确控制姿态测量单元的传感器安装面水平，保证了天线电轴对卫星的跟踪精度。而且本发明运算量小，实现方便，不需要增加额外的硬件电路。采用本发明的方法后，天线一旦进入稳定跟踪状态，不易丢失目标。
Description
技术领域
本发明涉及AEC座架天线姿态测量技术领域，具体为一种载体加速运动时倾角误差修正方法。
背景技术
AEC座架天线中，天线的特点在于：根据当前地理位置和卫星经纬度计算天线指向的理论方位角和理论俯仰角，利用计算得到的理论俯仰角设置AEC座架天线姿态测量单元的传感器安装面与天线电轴俯仰方向的夹角，使天线在对准卫星的状态下姿态测量单元的传感器安装平面相对于大地水平。
在姿态测量单元中，采用MEMS倾角传感器测量姿态测量单元传感器安装面与大地水平面的夹角。MEMS倾角传感器的本质为比力测量器件，通过敏感重力加速度在水平方向上的分量来确定载体的水平倾角。因此，在载体运动状态变化时MEMS倾角传感器敏感到的是重力加速度与运动加速度的和加速度，从而使输出产生误差。载体运动状态变化越剧烈，MEMS倾角传感器输出倾角相对于真实值的偏差就越大，导致无法实现控制姿态测量单元的传感器安装面水平，从而无法使天线电轴对准卫星。即在AEC座架天线的安装载体运动状态发生变化时，天线指向会偏离，甚至丢失跟踪目标。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种载体加速运动时倾角误差修正方法，能够实现在AEC座架天线安装载体存在加速度运动时，保证天线电轴仍能指向卫星。
为实现上述目的，本方案采用如下技术方案：
所述一种载体加速运动时倾角误差修正方法，其特征在于：当AEC座架天线处于对卫星准确对准状态时，AEC座架天线的姿态测量单元方位角等于天线理论方位角H，姿态测量单元传感器安装面的俯仰角和横滚角等于0；采用以下步骤计算倾角误差并修正：
步骤1：根据AEC座架天线的全球卫星定位系统给出的航向、速度数据，计算AEC座架天线载体的直线加速度αt和向心加速度αn：
αt＝(Vn-Vn-1)/ΔT
αn＝[(Hn-Hn-1)/ΔT]Vn
其中Vn和Vn-1为第n次以及第n-1次对全球卫星定位系统采样得到的速度，Hn和Hn-1为第n次以及第n-1次对全球卫星定位系统采样得到的航向角，ΔT为采样时间间隔；
步骤2：计算AEC座架天线载体的直线加速度αt和向心加速度αn在姿态测量单元横滚和俯仰倾角传感器敏感方向上的分量
ac＝αnsin(H-Hn)-αtcos(H-Hn)
ae＝αn cos(H-Hn)+αtsin(H-Hn)
其中ac为加速度在横滚倾角传感器敏感方向的分量，ae为加速度在俯仰倾角传感器敏感方向的分量，H为天线理论方位角；
步骤3：使用加速度横滚方向分量ac和加速度俯仰方向分量ae，计算横滚和俯仰倾角传感器敏感方向相对水平面的倾斜角：
Θc＝sin-1((Ac-ac)/g)
Θe＝sin-1((Ae-ae)/g)
其中Θc为横滚倾角传感器敏感方向相对水平面的倾角，Θe为俯仰倾角传感器敏感方向相对水平面的倾角，Ac为横滚倾角传感器敏感方向比力测量值，Ae为俯仰倾角传感器敏感方向比力测量值，g为重力加速度；
步骤4：对步骤3得到的倾角传感器敏感方向相对水平面的横滚倾角Θc以及姿态测量单元横滚轴角速率陀螺进行卡尔曼滤波，得到修正后的横滚倾角；对步骤3得到的倾角传感器敏感方向相对水平面的俯仰倾角Θe以及姿态测量单元俯仰轴角速率陀螺进行卡尔曼滤波，得到修正后的俯仰倾角。
进一步的优选方案，所述一种载体加速运动时倾角误差修正方法，其特征在于：步骤1中，对全球卫星定位系统给出的航向、速度数据的采样率为10Hz；步骤3中，倾角传感器测量值的采样率为100Hz；步骤4中，卡尔曼滤波周期为10ms。
有益效果
本发明通过对倾角传感器的横滚倾角以及俯仰倾角进行修正，克服了载体加速度对倾角传感器的影响。通过修正后的横滚倾角以及俯仰倾角，能够准确控制姿态测量单元的传感器安装面水平，保证了天线电轴对卫星的跟踪精度。而且本发明运算量小，实现方便，不需要增加额外的硬件电路。采用本发明的方法后，天线一旦进入稳定跟踪状态，不易丢失目标。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本方法的流程图；
图2为本方法的原理图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的目的是要实现在AEC座架天线安装载体存在加速度运动时，保证天线电轴仍能指向卫星。为此，本发明提出了一种载体加速运动时倾角误差修正方法，下面结合具体实施例描述本方法步骤：
本方法实施时，AEC座架天线的初始状态应当是处于对卫星准确对准状态，这可以通过判断AEC座架天线的调制解调器是否发出正常通信信号实现，当AEC座架天线处于对卫星准确对准状态时，AEC座架天线的姿态测量单元方位角等于天线理论方位角H，姿态测量单元传感器安装面的俯仰角和横滚角等于0，而后采用以下步骤计算倾角误差并修正：
步骤1：根据AEC座架天线的全球卫星定位系统给出的航向、速度数据，计算AEC座架天线载体的直线加速度αt和向心加速度αn：
αt＝(Vn-Vn-1)/ΔT
αn＝[(Hn-Hn-1)/ΔT]Vn
其中Vn和Vn-1为第n次以及第n-1次对全球卫星定位系统采样得到的速度，Hn和Hn-1为第n次以及第n-1次对全球卫星定位系统采样得到的航向角，ΔT为采样时间间隔；本实施例中对全球卫星定位系统给出的航向、速度数据的采样率为10Hz；
步骤2：计算AEC座架天线载体的直线加速度αt和向心加速度αn在姿态测量单元横滚和俯仰倾角传感器敏感方向上的分量
ac＝αnsin(H-Hn)-αtcos(H-Hn)
ae＝αn cos(H-Hn)+αtsin(H-Hn)
其中ac为加速度在横滚倾角传感器敏感方向的分量，ae为加速度在俯仰倾角传感器敏感方向的分量，H为天线理论方位角；
步骤3：使用加速度横滚方向分量ac和加速度俯仰方向分量ae，计算横滚和俯仰倾角传感器敏感方向相对水平面的倾斜角：
Θc＝sin-1((Ac-ac)/g)
Θe＝sin-1((Ae-ae)/g)
其中Θc为横滚倾角传感器敏感方向相对水平面的横滚倾角，Θe为俯仰倾角传感器敏感方向相对水平面的俯仰倾角，Ac为横滚倾角传感器敏感方向比力测量值，Ae为俯仰倾角传感器敏感方向比力测量值，g为重力加速度；本实施例中倾角传感器测量值的采样率为100Hz；
步骤4：对步骤3得到的倾角传感器敏感方向相对水平面的横滚倾角Θc以及姿态测量单元横滚轴角速率陀螺进行卡尔曼滤波，得到修正后的横滚倾角；对步骤3得到的倾角传感器敏感方向相对水平面的俯仰倾角Θe以及姿态测量单元俯仰轴角速率陀螺进行卡尔曼滤波，得到修正后的俯仰倾角；本实施例中，卡尔曼滤波周期为10ms。
通过上述方案，实现了对倾角传感器的横滚倾角以及俯仰倾角进行修正，克服了载体加速度对倾角传感器的影响。通过修正后的横滚倾角以及俯仰倾角，能够准确控制姿态测量单元的传感器安装面水平，保证了天线电轴对卫星的跟踪精度。而且本发明运算量小，实现方便，不需要增加额外的硬件电路。采用本发明的方法后，天线一旦进入稳定跟踪状态，不易丢失目标。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (2)
1.一种载体加速运动时倾角误差修正方法，其特征在于：当AEC座架天线处于对卫星准确对准状态时，AEC座架天线的姿态测量单元方位角等于天线理论方位角H，姿态测量单元传感器安装面的俯仰角和横滚角等于0；采用以下步骤计算倾角误差并修正：
步骤1：根据AEC座架天线的全球卫星定位系统给出的航向、速度数据，计算AEC座架天线载体的直线加速度αt和向心加速度αn：
αt＝(Vn-Vn-1)/ΔT
αn＝[(Hn-Hn-1)/ΔT]Vn
其中Vn和Vn-1为第n次以及第n-1次对全球卫星定位系统采样得到的速度，Hn和Hn-1为第n次以及第n-1次对全球卫星定位系统采样得到的航向角，ΔT为采样时间间隔；
步骤2：计算AEC座架天线载体的直线加速度αt和向心加速度αn在姿态测量单元横滚和俯仰倾角传感器敏感方向上的分量
ac＝αnsin(H-Hn)-αtcos(H-Hn)
ae＝αncos(H-Hn)+αtsin(H-Hn)
其中ac为加速度在横滚倾角传感器敏感方向的分量，ae为加速度在俯仰倾角传感器敏感方向的分量，H为天线理论方位角；
步骤3：使用加速度横滚方向分量ac和加速度俯仰方向分量ae，计算横滚和俯仰倾角传感器敏感方向相对水平面的倾斜角：
Θc＝sin-1((Ac-ac)/g)
Θe＝sin-1((Ae-ae)/g)
其中Θc为横滚倾角传感器敏感方向相对水平面的倾角，Θe为俯仰倾角传感器敏感方向相对水平面的倾角，Ac为横滚倾角传感器敏感方向比力测量值，Ae为俯仰倾角传感器敏感方向比力测量值，g为重力加速度；
步骤4：对步骤3得到的倾角传感器敏感方向相对水平面的横滚倾角Θc以及姿态测量单元横滚轴角速率陀螺进行卡尔曼滤波，得到修正后的横滚倾角；对步骤3得到的倾角传感器敏感方向相对水平面的俯仰倾角Θe以及姿态测量单元俯仰轴角速率陀螺进行卡尔曼滤波，得到修正后的俯仰倾角。
2.根据权利要求1所述一种载体加速运动时倾角误差修正方法，其特征在于：步骤1中，对全球卫星定位系统给出的航向、速度数据的采样率为10Hz；步骤3中，倾角传感器测量值的采样率为100Hz；步骤4中，卡尔曼滤波周期为10ms。
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