CN106595623A - 一种基于多传感器数据融合的滚转角速率高精度测量方法 - Google Patents

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秦丽
张樨
李�杰
张晓明
申冲
李文豪
刘鸣
刘一鸣
兰洋
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    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects

Abstract

本发明涉及旋转弹的滚转角速率测量技术，具体是一种基于多传感器数据融合的滚转角速率高精度测量方法。本发明解决了主动半捷联惯性测量系统在测量旋转弹的滚转角速率时测量精度低的问题。一种基于多传感器数据融合的滚转角速率高精度测量方法，该方法是采用如下步骤实现的：步骤S1：定义载体坐标系；步骤S2：在主动半捷联惯性测量系统的外筒中安装大量程陀螺仪；在主动半捷联惯性测量系统的MIMU顶部安装中量程陀螺仪；在主动半捷联惯性测量系统的MIMU中安装小量程陀螺仪；步骤S3：计算出外筒和内筒之间的相对转速数据；步骤S4：复现出弹体滚转角速率数据；步骤S5：将复现出的弹体滚转角速率数据作为控制信号。本发明适用于旋转弹的滚转角速率测量。

Description

一种基于多传感器数据融合的滚转角速率高精度测量方法
技术领域
本发明涉及旋转弹的滚转角速率测量技术，具体是一种基于多传感器数据融合的滚转角速率高精度测量方法。
背景技术
旋转弹的滚转角速率测量是其制导化与精确打击的核心关键技术。目前，旋转弹的滚转角速率测量普遍是利用主动半捷联惯性测量系统（参见中国专利ZL201110025530.8）来实现的，该系统运行时，外筒中的大量程陀螺仪输出弹体滚转角速率数据，该数据作为控制信号控制电机带动内筒进行反转，其目的是使得内筒与惯性坐标系之间尽可能保持相对静止（即内筒滚转角速率尽可能小），由此使得系统的测量精度尽可能高。然而实践表明，在利用主动半捷联惯性测量系统测量旋转弹的滚转角速率时，存在如下问题：由于外筒中的大量程陀螺仪的测量精度低，导致其输出的弹体滚转角速率数据精度低（即控制信号的精度低），由此导致内筒会在控制信号噪声的驱动下及电机本身精度的影响下进行角速率为100°/s左右的微幅振荡，从而导致内筒与惯性坐标系之间难以保持相对静止，同时内筒这种微幅振荡会促进导航解算时参数发散，降低解算精度，进而导致系统的测量精度降低。基于此，有必要发明一种能够减小内筒滚转角速率的方法，以解决主动半捷联惯性测量系统在测量旋转弹的滚转角速率时测量精度低的问题。
发明内容
本发明为了解决主动半捷联惯性测量系统在测量旋转弹的滚转角速率时测量精度低的问题，提供了一种基于多传感器数据融合的滚转角速率高精度测量方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种基于多传感器数据融合的滚转角速率高精度测量方法，该方法是采用如下步骤实现的：
步骤S1：定义载体坐标系：设弹体处于水平飞行的状态下，弹体重心作为载体坐标系的原点，弹体飞行方向作为载体坐标系的Xb轴方向，沿弹体所在地垂线向上作为载体坐标系的Yb轴方向，根据右手直角坐标系确定载体坐标系的Zb轴方向；
步骤S2：在主动半捷联惯性测量系统的外筒中安装大量程陀螺仪；在主动半捷联惯性测量系统的MIMU顶部安装中量程陀螺仪；在主动半捷联惯性测量系统的MIMU中安装小量程陀螺仪；在主动半捷联惯性测量系统的内筒中安装光电编码器；
步骤S3：当弹体发射后，利用硬件电路分别采集大量程陀螺仪输出的弹体滚转角速率数据、中量程陀螺仪输出的弹体滚转角速率数据、小量程陀螺仪输出的弹体滚转角速率数据、光电编码器输出的外筒和内筒之间的相对转角数据；然后对相对转角数据进行微分，由此计算出外筒和内筒之间的相对转速数据；
步骤S4：利用加权最小二乘法，对大量程陀螺仪输出的弹体滚转角速率数据、中量程陀螺仪输出的弹体滚转角速率数据、小量程陀螺仪输出的弹体滚转角速率数据、外筒和内筒之间的相对转速数据进行融合，由此精确复现出弹体滚转角速率数据；
步骤S5：将复现出的弹体滚转角速率数据作为控制信号，控制电机带动内筒进行反转，由此使得内筒与惯性坐标系之间保持相对静止。
本发明所述的一种基于多传感器数据融合的滚转角速率高精度测量方法不再将外筒中的大量程陀螺仪输出的弹体滚转角速率数据作为控制信号，而是通过对三个不同量程的陀螺仪同时输出的弹体滚转角速率数据以及外筒和内筒之间的相对转速数据进行融合，并将融合得到的弹体滚转角速率数据作为控制信号，由此使得内筒与惯性坐标系之间保持相对静止，从而有效提高了系统的测量精度。
本发明有效解决了主动半捷联惯性测量系统在测量旋转弹的滚转角速率时测量精度低的问题，适用于旋转弹的滚转角速率测量。
附图说明
图1是本发明步骤S1的示意图。
图2是本发明步骤S2的示意图。
具体实施方式
一种基于多传感器数据融合的滚转角速率高精度测量方法，该方法是采用如下步骤实现的：
步骤S1：定义载体坐标系：设弹体处于水平飞行的状态下，弹体重心作为载体坐标系的原点，弹体飞行方向作为载体坐标系的Xb轴方向，沿弹体所在地垂线向上作为载体坐标系的Yb轴方向，根据右手直角坐标系确定载体坐标系的Zb轴方向；
步骤S2：在主动半捷联惯性测量系统的外筒中安装大量程陀螺仪；在主动半捷联惯性测量系统的MIMU顶部安装中量程陀螺仪；在主动半捷联惯性测量系统的MIMU中安装小量程陀螺仪；在主动半捷联惯性测量系统的内筒中安装光电编码器；
步骤S3：当弹体发射后，利用硬件电路分别采集大量程陀螺仪输出的弹体滚转角速率数据、中量程陀螺仪输出的弹体滚转角速率数据、小量程陀螺仪输出的弹体滚转角速率数据、光电编码器输出的外筒和内筒之间的相对转角数据；然后对相对转角数据进行微分，由此计算出外筒和内筒之间的相对转速数据；
步骤S4：利用加权最小二乘法，对大量程陀螺仪输出的弹体滚转角速率数据、中量程陀螺仪输出的弹体滚转角速率数据、小量程陀螺仪输出的弹体滚转角速率数据、外筒和内筒之间的相对转速数据进行融合，由此精确复现出弹体滚转角速率数据；
步骤S5：将复现出的弹体滚转角速率数据作为控制信号，控制电机带动内筒进行反转，由此使得内筒与惯性坐标系之间保持相对静止。
所述步骤S2-S4中，大量程陀螺仪的量程为7200°/s，中量程陀螺仪的量程为900°/s，小量程陀螺仪的量程为400°/s。

Claims (2)

1.一种基于多传感器数据融合的滚转角速率高精度测量方法，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：
步骤S1：定义载体坐标系：设弹体处于水平飞行的状态下，弹体重心作为载体坐标系的原点，弹体飞行方向作为载体坐标系的Xb轴方向，沿弹体所在地垂线向上作为载体坐标系的Yb轴方向，根据右手直角坐标系确定载体坐标系的Zb轴方向；
步骤S2：在主动半捷联惯性测量系统的外筒中安装大量程陀螺仪；在主动半捷联惯性测量系统的MIMU顶部安装中量程陀螺仪；在主动半捷联惯性测量系统的MIMU中安装小量程陀螺仪；在主动半捷联惯性测量系统的内筒中安装光电编码器；
步骤S3：当弹体发射后，利用硬件电路分别采集大量程陀螺仪输出的弹体滚转角速率数据、中量程陀螺仪输出的弹体滚转角速率数据、小量程陀螺仪输出的弹体滚转角速率数据、光电编码器输出的外筒和内筒之间的相对转角数据；然后对相对转角数据进行微分，由此计算出外筒和内筒之间的相对转速数据；
步骤S4：利用加权最小二乘法，对大量程陀螺仪输出的弹体滚转角速率数据、中量程陀螺仪输出的弹体滚转角速率数据、小量程陀螺仪输出的弹体滚转角速率数据、外筒和内筒之间的相对转速数据进行融合，由此精确复现出弹体滚转角速率数据；
步骤S5：将复现出的弹体滚转角速率数据作为控制信号，控制电机带动内筒进行反转，由此使得内筒与惯性坐标系之间保持相对静止。
2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器数据融合的滚转角速率高精度测量方法，其特征在于：所述步骤S2-S4中，大量程陀螺仪的量程为7200°/s，中量程陀螺仪的量程为900°/s，小量程陀螺仪的量程为400°/s。
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