CN106643797A - 一种炮击后陀螺零偏修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及弹载MEMS陀螺仪，具体是一种炮击后陀螺零偏修正方法。本发明解决了弹载MEMS陀螺仪的零偏导致弹体的姿态测量结果出现巨大误差的问题。一种炮击后陀螺零偏修正方法，该方法是采用如下步骤实现的：步骤S1：定义弹体出炮口20m处的时刻为零位修正时刻；步骤S2：对弹载惯导系统进行初始对准；步骤S3：根据弹载惯导系统中MEMS陀螺仪的实时输出，提取出弹体在零位修正时刻的偏航角ψ₁、俯仰角θ₁、滚转角γ₁；步骤S4：根据计算出弹体在零位修正时刻的俯仰角θ₂、滚转角γ₂；步骤S5：根据ψ₁、θ₁、γ₁、θ₂、γ₂，计算出MEMS陀螺仪在弹体发射前后的零位变化；步骤S6：计算出MEMS陀螺仪的准确实时输出。本发明适用于弹体的姿态测量。

Description

一种炮击后陀螺零偏修正方法

技术领域

本发明涉及弹载MEMS陀螺仪，具体是一种炮击后陀螺零偏修正方法。

背景技术

随着MEMS技术的发展，MEMS陀螺仪以其体积小、重量轻、功耗低、可靠性高等传统陀螺仪无法比拟的优点广泛应用于武器装备系统。弹载惯导系统中的MEMS陀螺仪(简称弹载MEMS陀螺仪)作为系统的核心元件，其精度和性能在弹体的姿态测量中起着至关重要的作用。在实际应用中，当弹体发射时，弹载MEMS陀螺仪会受到较大的过载作用，由此导致弹载MEMS陀螺仪发生零偏(即弹载MEMS陀螺仪的零位发生显著偏移)，从而导致弹体的姿态测量结果出现巨大误差。基于此，有必要发明一种对弹载MEMS陀螺仪的零偏进行在线修正的方法，以解决弹载MEMS陀螺仪的零偏导致弹体的姿态测量结果出现巨大误差的问题。

发明内容

本发明为了解决弹载MEMS陀螺仪的零偏导致弹体的姿态测量结果出现巨大误差的问题，提供了一种炮击后陀螺零偏修正方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种炮击后陀螺零偏修正方法，该方法是采用如下步骤实现的：

步骤S1：定义弹体的发射坐标系为导航坐标系，简称n系；定义弹体坐标系为载体坐标系，简称b系；惯性坐标系简称i系；定义弹体出炮口20m处的时刻为零位修正时刻；定义弹体从发射点到出炮口20m处的飞行时间为t；

步骤S2：在弹体发射前，对弹载惯导系统进行初始对准；

步骤S3：在弹体发射后，根据弹载惯导系统中MEMS陀螺仪的实时输出，提取出弹体在零位修正时刻的偏航角ψ₁、俯仰角θ₁、滚转角γ₁；

步骤S4：利用高精度三轴磁力仪获取n系三轴上的初始地磁场强度分量利用高精度三轴磁力仪实时获取地磁场强度在b系三轴上的分量，由此得出b系下的地磁场强度矢量H^b′并进行补偿；具体补偿公式如下：

H^b＝(H^b′-offset)(C_fsC_NO)^-1 (1)；

式(1)中：H^b表示补偿后b系下的地磁场强度矢量；offset表示高精度三轴磁力仪的零点漂移矩阵；C_fs表示高精度三轴磁力仪的标度因数矩阵；C_NO表示高精度三轴磁力仪的非正交矩阵；

根据H^b，计算出弹体在零位修正时刻的俯仰角θ₂、滚转角γ₂；具体计算公式如下：

式(2)中：分别表示H^b在b系三轴上的分量；

步骤S5：根据ψ₁、θ₁、γ₁、θ₂、γ₂，计算出MEMS陀螺仪在弹体发射前后的零位变化；具体计算公式如下：

式(3)中：Δω_x0表示MEMS陀螺仪在弹体发射前后的零位变化在x轴上的分量；Δω_y0表示MEMS陀螺仪在弹体发射前后的零位变化在y轴上的分量；Δω_z0表示MEMS陀螺仪在弹体发射前后的零位变化在z轴上的分量；

步骤S6：根据MEMS陀螺仪在弹体发射前后的零位变化，计算出MEMS陀螺仪的准确实时输出；具体计算公式如下：

式(4)中：ω_x′表示MEMS陀螺仪的准确实时输出在x轴上的分量；ω_y′表示MEMS陀螺仪的准确实时输出在y轴上的分量；ω_z′表示MEMS陀螺仪的准确实时输出在z轴上的分量。

本发明所述的一种炮击后陀螺零偏修正方法通过有效利用弹体在空中的运动特性及三维磁测信息(即高精度三轴磁力仪获取的信息)，实现了对弹载MEMS陀螺仪的零偏进行在线修正，由此大幅提高了弹体的姿态测量精度。

本发明有效解决了弹载MEMS陀螺仪的零偏导致弹体的姿态测量结果出现巨大误差的问题，适用于弹体的姿态测量。

附图说明

图1是本发明中弹体的发射时刻和零位修正时刻的示意图。

具体实施方式

一种炮击后陀螺零偏修正方法，该方法是采用如下步骤实现的：

步骤S1：定义弹体的发射坐标系为导航坐标系，简称n系；定义弹体坐标系为载体坐标系，简称b系；惯性坐标系简称i系；定义弹体出炮口20m处的时刻为零位修正时刻；定义弹体从发射点到出炮口20m处的飞行时间为t；

步骤S2：在弹体发射前，对弹载惯导系统进行初始对准；

步骤S3：在弹体发射后，根据弹载惯导系统中MEMS陀螺仪的实时输出，提取出弹体在零位修正时刻的偏航角ψ₁、俯仰角θ₁、滚转角γ₁；

步骤S4：利用高精度三轴磁力仪获取n系三轴上的初始地磁场强度分量利用高精度三轴磁力仪实时获取地磁场强度在b系三轴上的分量，由此得出b系下的地磁场强度矢量H^b′并进行补偿；具体补偿公式如下：

H^b＝(H^b′-offset)(C_fsC_NO)^-1 (1)；

式(1)中：H^b表示补偿后b系下的地磁场强度矢量；offset表示高精度三轴磁力仪的零点漂移矩阵；C_fs表示高精度三轴磁力仪的标度因数矩阵；C_NO表示高精度三轴磁力仪的非正交矩阵；

根据H^b，计算出弹体在零位修正时刻的俯仰角θ₂、滚转角γ₂；具体计算公式如下：

式(2)中：分别表示H^b在b系三轴上的分量；

步骤S5：根据ψ₁、θ₁、γ₁、θ₂、γ₂，计算出MEMS陀螺仪在弹体发射前后的零位变化；具体计算公式如下：

式(3)中：Δω_x0表示MEMS陀螺仪在弹体发射前后的零位变化在x轴上的分量；Δω_y0表示MEMS陀螺仪在弹体发射前后的零位变化在y轴上的分量；Δω_z0表示MEMS陀螺仪在弹体发射前后的零位变化在z轴上的分量；

步骤S6：根据MEMS陀螺仪在弹体发射前后的零位变化，计算出MEMS陀螺仪的准确实时输出；具体计算公式如下：

式(4)中：ω_x′表示MEMS陀螺仪的准确实时输出在x轴上的分量；ω_y′表示MEMS陀螺仪的准确实时输出在y轴上的分量；ω_z′表示MEMS陀螺仪的准确实时输出在z轴上的分量。

Claims (1)

1.一种炮击后陀螺零偏修正方法，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：

步骤S1：定义弹体的发射坐标系为导航坐标系，简称n系；定义弹体坐标系为载体坐标系，简称b系；惯性坐标系简称i系；定义弹体出炮口20m处的时刻为零位修正时刻；定义弹体从发射点到出炮口20m处的飞行时间为t；

步骤S2：在弹体发射前，对弹载惯导系统进行初始对准；

步骤S3：在弹体发射后，根据弹载惯导系统中MEMS陀螺仪的实时输出，提取出弹体在零位修正时刻的偏航角ψ₁、俯仰角θ₁、滚转角γ₁；

步骤S4：利用高精度三轴磁力仪获取n系三轴上的初始地磁场强度分量利用高精度三轴磁力仪实时获取地磁场强度在b系三轴上的分量，由此得出b系下的地磁场强度矢量H^b′并进行补偿；具体补偿公式如下：

H^b＝(H^b′-offset)(C_fsC_NO)^-1 (1)；

式(1)中：H^b表示补偿后b系下的地磁场强度矢量；offset表示高精度三轴磁力仪的零点漂移矩阵；C_fs表示高精度三轴磁力仪的标度因数矩阵；C_NO表示高精度三轴磁力仪的非正交矩阵；

根据H^b，计算出弹体在零位修正时刻的俯仰角θ₂、滚转角γ₂；具体计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\θ}}_2=ac\sin \left(\frac{H_x^b}{\sqrt{{\left(H_x^n\right)}^2+{\left(H_y^n\right)}^2}}\right)-a\tan \left(\frac{H_x^n}{H_y^n}\right)\\ {\mathrm{\γ}}_2=ac\sin \left(\frac{H_z^n}{\sqrt{{\left(H_y^b\right)}^2+{\left(H_z^b\right)}^2}}\right)-a\tan \left(\frac{H_z^b}{H_y^b}\right)\end{array}\right.---\left(2\right);$

式(2)中：分别表示H^b在b系三轴上的分量；

步骤S5：根据ψ₁、θ₁、γ₁、θ₂、γ₂，计算出MEMS陀螺仪在弹体发射前后的零位变化；具体计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\ω}}_{x0}=\frac{{\mathrm{\γ}}_2-{\mathrm{\γ}}_1}{t}\\ {\mathrm{\Δ\ω}}_{y0}=\frac{{\mathrm{\ψ}}_1}{t}\\ {\mathrm{\Δ\ω}}_{z0}=\frac{{\mathrm{\θ}}_2-{\mathrm{\θ}}_1}{t}\end{array}\right.---\left(3\right);$

式(3)中：Δω_x0表示MEMS陀螺仪在弹体发射前后的零位变化在x轴上的分量；Δω_y0表示MEMS陀螺仪在弹体发射前后的零位变化在y轴上的分量；Δω_z0表示MEMS陀螺仪在弹体发射前后的零位变化在z轴上的分量；

步骤S6：根据MEMS陀螺仪在弹体发射前后的零位变化，计算出MEMS陀螺仪的准确实时输出；具体计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{{\mathrm{\ω}}_x}^{\′}={\mathrm{\ω}}_x-{\mathrm{\Δ\ω}}_{x0}\\ {{\mathrm{\ω}}_y}^{\′}={\mathrm{\ω}}_y-{\mathrm{\Δ\ω}}_{y0}\\ {{\mathrm{\ω}}_z}^{\′}={\mathrm{\ω}}_z-{\mathrm{\Δ\ω}}_{z0}\end{array}\right.---\left(4\right);$

式(4)中：ω_x′表示MEMS陀螺仪的准确实时输出在x轴上的分量；ω_y′表示MEMS陀螺仪的准确实时输出在y轴上的分量；ω_z′表示MEMS陀螺仪的准确实时输出在z轴上的分量。