CN111006660A - 一种组合惯导姿态计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合惯导姿态计算方法，包括在第一采样周期，通过三轴加速度传感器和三轴磁力计采集载体第一加速度数据和磁力计数据，并据此计算第一姿态，第一姿态发送至姿态融合模块，第一姿态作为三轴陀螺仪的初始姿态；在第二采样周期，通过三轴陀螺传感器和三轴加速度传感器采集载体角速度和加速度；通过卫星信号强度检测模块对天线束波指向卫星方向的信号强度进行检测，并获得航向误差和俯仰角误差；通过姿态融合模块对三轴角速度变化、加速度变化和卫星信号强度进行姿态融合，得到姿态的估算值并据此控制天线电机对卫星进行跟踪，将跟踪卫星检测的信号强度信息反馈至姿态融合模块进行姿态融合。本发明为提高了导航精度和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于姿态测量技术领域，具体涉及一种组合惯导姿态计算方法。
背景技术
陀螺仪和加速度计相结合，并通过导航信息修正航向的方法是现有技术 中常用的方法。由于陀螺仪动态性能好，但由于其存在零漂，经过长时间累 积，姿态估算将不准确，而加速度计测量值随时间变化较小，因此通常将陀 螺仪和加速度计结合，采用互补滤波器或扩展卡尔曼滤波估算姿态。
现有技术采用导航信息进行航向修正，而惯性导航设备得到准确航向要 求设备在单位时间内得到不同载体位置信息，即要求载体运动，因而当载体 静止或者低速时，惯性导航信息不准确；若需在载体静止时提高惯导导航信 息准确度，需采用双天线测向接收机，其原理：利用前后天线卫星信号进行 自身位置信息解算，结合卫星接收天线间距不变的条件，估算航向角，采用 双天线的安装间隔(基线)有距离要求，对小型的动中通无法部署；在某些特 性情况，如作战环境下，若需卫星动中通进行通信，此时惯性导航信息可能被干扰或是引导，将导致航向无法修正而使卫星动中通最终不可用。
申请号为CN201611224529.7的中国专利《基于卫星通信的组合惯导姿 态计算方法》，采用卫星信号强度进行航向修正，不论载体处于静止或运动， 只要卫星动中通处于对星状态，便可根据接收的卫星信号强度，检测出天线 波束指向与卫星方向的误差，反馈给惯导进行航向修正，并且与天线电机之 间形成闭环控制，降低对惯导姿态估算准确度的要求。但是其在导航精度和 可靠度方面仍具有提高空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种组合惯导姿态计算方法，能够提高导航精度和 可靠度。
本发明所采用的技术方案是：一种组合惯导姿态计算方法，其特征在于， 包括如下步骤：
步骤一、在第一采样周期，通过三轴加速度传感器采集载体x轴、y轴 和z轴的第一加速度数据，通过三轴磁力计采集载体x轴、y轴和z轴的磁 力计数据；
步骤二、根据磁力计数据和所述第一加速度计数据计算第一姿态，第一 姿态发送至姿态融合模块，所述第一姿态作为三轴陀螺仪的初始姿态；
步骤三、在第二采样周期，通过三轴陀螺传感器采集载体x轴、y轴和 z轴的角速度，并对角速度积分获得三轴角度变化；三轴加速度传感器采集 载体x轴、y轴和z轴的加速度，获得加速度变化；
步骤四、通过卫星信号强度检测模块对天线束波指向卫星方向的信号强 度进行检测，并对信号强度进行解调后获得航向误差和俯仰角误差；
步骤五、通过姿态融合模块对三轴角速度变化、加速度变化和卫星信号 强度进行姿态融合，得到姿态的估算值；
步骤六、通过姿态的估算值控制天线电机对卫星进行跟踪，再将跟踪卫 星检测的信号强度信息反馈至姿态融合模块进行姿态融合，形成闭环。
本发明的特点还在于：
三轴磁力计采用Metrolab TFM1186三轴磁力计。
三轴加速度传感器采用ADXL335BCPZ加速度传感器。
三轴加速度传感器采用LIS3DH三轴加速度计。
三轴陀螺仪采用MEMS陀螺仪。
三轴陀螺仪采用MEMS陀螺仪。
本发明的有益效果是：
本发明一种组合惯导姿态计算方法，通过第一姿态作为三轴陀螺仪的初 始姿态，通过姿态融合包括第一姿态，提高导航精度和可靠性实现各种环境 下的准确导航。
具体实施方式
下面对本发明创造做进一步详细说明。
一种组合惯导姿态计算方法，包括如下步骤：
步骤一、在第一采样周期，通过三轴加速度传感器采集载体x轴、y轴 和z轴的第一加速度数据，通过三轴磁力计采集载体x轴、y轴和z轴的磁 力计数据。
步骤二、根据磁力计数据和所述第一加速度计数据计算第一姿态，第一 姿态发送至姿态融合模块，所述第一姿态作为三轴陀螺仪的初始姿态。
步骤三、在第二采样周期，通过三轴陀螺传感器采集载体x轴、y轴和 z轴的角速度，并对角速度积分获得三轴角度变化；三轴加速度传感器采集 载体x轴、y轴和z轴的加速度，获得加速度变化。
步骤四、通过卫星信号强度检测模块对天线束波指向卫星方向的信号强 度进行检测，并对信号强度进行解调后获得航向误差和俯仰角误差。
步骤五、通过姿态融合模块对三轴角速度变化、加速度变化和卫星信号 强度进行姿态融合，得到姿态的估算值。
步骤六、通过姿态的估算值控制天线电机对卫星进行跟踪，再将跟踪卫 星检测的信号强度信息反馈至姿态融合模块进行姿态融合，形成闭环。
其中三轴磁力计采用Metrolab TFM1186三轴磁力计。三轴加速度传感 器采用ADXL335BCPZ加速度传感器、LIS3DH三轴加速度计或 MMA7455LR1三轴加速度计。三轴陀螺仪采用MEMS陀螺仪。
采用上述方法时可随时进行航向修正，提高航向角估算准确度；因此与 现有技术在载体静止或低速时导航信息不可靠相比，本方法中无论载体是 否运动，反馈的卫星信号信息都是可靠的，姿态估算更准确。
同时可以减少设备，降低对硬件的要求，节约成本。现有技术需要导航 设备来修正姿态，而本发明中利用动中通本身的卫星信号信息修正姿态，无 需另外添加导航设备。
现有技术对整体动中通控制系统而言是开环控制，要求惯导估算准确的 姿态；而本发明因融合卫星信号信息，形成闭环控制，降低对惯导姿态估算 准确度的要求。
本发明一种组合惯导姿态计算方法，通过第一姿态作为三轴陀螺仪的初 始姿态，通过姿态融合包括第一姿态，提高导航精度和可靠性实现各种环境 下的准确导航。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限 于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易 想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的 保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种组合惯导姿态计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、在第一采样周期，通过三轴加速度传感器采集载体x轴、y轴和z轴的第一加速度数据，通过三轴磁力计采集载体x轴、y轴和z轴的磁力计数据；
步骤二、根据磁力计数据和所述第一加速度计数据计算第一姿态，第一姿态发送至姿态融合模块，所述第一姿态作为三轴陀螺仪的初始姿态；
步骤三、在第二采样周期，通过三轴陀螺传感器采集载体x轴、y轴和z轴的角速度，并对角速度积分获得三轴角度变化；三轴加速度传感器采集载体x轴、y轴和z轴的加速度，获得加速度变化；
步骤四、通过卫星信号强度检测模块对天线束波指向卫星方向的信号强度进行检测，并对信号强度进行解调后获得航向误差和俯仰角误差；
步骤五、通过姿态融合模块对三轴角速度变化、加速度变化和卫星信号强度进行姿态融合，得到姿态的估算值；
步骤六、通过姿态的估算值控制天线电机对卫星进行跟踪，再将跟踪卫星检测的信号强度信息反馈至姿态融合模块进行姿态融合，形成闭环。
2.根据权利要求1所述一种组合惯导姿态计算方法，其特征在于，所述三轴磁力计采用Metrolab TFM1186三轴磁力计。
3.根据权利要求1所述一种组合惯导姿态计算方法，其特征在于，所述三轴加速度传感器采用ADXL335BCPZ加速度传感器。
4.根据权利要求1所述一种组合惯导姿态计算方法，其特征在于，所述三轴加速度传感器采用LIS3DH三轴加速度计。
5.根据权利要求1所述一种组合惯导姿态计算方法，其特征在于，所述三轴加速度传感器采用MMA7455LR1三轴加速度计。
6.根据权利要求1所述一种组合惯导姿态计算方法，其特征在于，所述三轴陀螺仪采用MEMS陀螺仪。
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