基于螺旋矢量的捷联姿态位置一体化更新算法制造技术

本发明专利技术涉及捷联惯导算法，具体是一种基于螺旋矢量的捷联姿态位置一体化更新算法。本发明专利技术解决了传统的捷联惯导算法破坏刚体在空间运动的完整性、增加算法设计和实现的复杂度、以及在高旋转环境下难以满足高解算精度的要求的问题。基于螺旋矢量的捷联姿态位置一体化更新算法，该算法是采用如下步骤实现的：1)根据刚体的角速度和比力，求解出在时间[tk,tk+H]内刚体相对惯性参考坐标系的螺旋矢量增量；2)根据螺旋矢量增量，求解出在时间[tk,tk+H]内刚体的更新对偶四元数；3)根据更新对偶四元数，实时更新刚体的姿态位置对偶四元数；4)根据姿态位置对偶四元数，求解出在tk+H时刻刚体相对惯性参考坐标系的平移矢量。本发明专利技术适用于常规弹药制导系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及捷联惯导算法，具体是一种。
技术介绍
高旋转环境下的高精度捷联惯导算法是常规弹药制导系统的关键技术之一。在高旋转环境下，刚体在空间的运动是旋转运动和平移运动的合成运动。对此，传统的捷联惯导算法以向量代数为理论基础，应用方向余弦矩阵或四元数研究刚体的旋转运动，应用向量研究刚体的平移运动。因此，传统的捷联惯导算法在工程实现中需分别设计姿态更新算法和速度更新算法(姿态更新算法和速度更新算法具体是指:采用积分角速度得到载体系相对导航系的姿态矩阵，利用此姿态矩阵将加速度信息转换到导航系中，再将导航系中的加速度信息积分得到刚体的速度信息，再进行积分得到刚体的位置信息)，由此不仅破坏了刚体在空间运动的完整性，增加了算法设计和实现的复杂度，而且在高旋转环境下难以满足高解算精度的要求。基于此，有必要专利技术一种全新的捷联惯导算法，以解决传统的捷联惯导算法破坏刚体在空间运动的完整性、增加算法设计和实现的复杂度、以及在高旋转环境下难以满足高解算精度的要求的问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决传统的捷联惯导算法破坏刚体在空间运动的完整性、增加算法设计和实现的复杂度、 以及在高旋转环境下难以满足高解算精度的要求的问题，提供了一种。本专利技术是采用如下技术方案实现的:，该算法是采用如下步骤实现的:I)假设刚体相对惯性参考坐标系进行螺旋运动，刚体的螺旋矢量更新周期为H，陀螺仪的采样周期和加速度计的采样周期均为h，陀螺仪的采样子样数和加速度计的采样子样数均为N，则H = Nh ;设定N = 3，则H = 3h ;通过陀螺仪实时测出刚体相对惯性参考坐标系的角速度；通过加速度计实时测出刚体相对惯性参考坐标系的比力；根据刚体相对惯性参考坐标系的角速度和刚体相对惯性参考坐标系的比力，求解出在时间[tk，tk+H]内刚体相对惯性参考坐标系的螺旋矢量增量；求解公式如下:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于螺旋矢量的捷联姿态位置一体化更新算法，其特征在于：该算法是采用如下步骤实现的：1)假设刚体相对惯性参考坐标系进行螺旋运动，刚体的螺旋矢量更新周期为H，陀螺仪的采样周期和加速度计的采样周期均为h，陀螺仪的采样子样数和加速度计的采样子样数均为N，则H＝Nh；设定N＝3，则H＝3h；通过陀螺仪实时测出刚体相对惯性参考坐标系的角速度；通过加速度计实时测出刚体相对惯性参考坐标系的比力；根据刚体相对惯性参考坐标系的角速度和刚体相对惯性参考坐标系的比力，求解出在时间[tk,tk+H]内刚体相对惯性参考坐标系的螺旋矢量增量；求解公式如下：ΔΦ^=α^1+α^2+α^3+920(α^1×α^3)+2740α^2×(α^3-α^1)---(1);]]>ΔΦ^=|ΔΦ^|---(2);]]>α^i=αi+ϵαi′---(3);]]>αi=∫tk+(i-1)htk+ihw(τ)dτ---(4);]]>αi′=∫tk+(i-1)htk+ihf(τ)dτ---(5);]]>式(1)‑(5)中：i＝1,2,3；为在时间[tk,tk+H]内刚体相对惯性参考坐标系的螺旋矢量增量；为在时间[tk,tk+H]内刚体相对惯性参考坐标系的螺旋矢量增量的模；为在时间[tk,tk+h]内刚体相对惯性参考坐标系的旋量增量；为在时间[tk+h,tk+2h]内刚体相对惯性参考坐标系的旋量增量；为在时间[tk+2h,tk+H]内刚体相对惯性参考坐标系的旋量增量；α1为在时间[tk,tk+h]内刚体相对惯性参考坐标系的角速度增量；α2为在时间[tk+h,tk+2h]内刚体相对惯性参考坐标系的角速度增量；α3为在时间[tk+2h,tk+H]内刚体相对惯性参考坐标系的角速度增量；α1′为在时间[tk,tk+h]内刚体相对惯性参考坐标系的比力增量；α2′为在时间[tk+h,tk+2h]内刚体相对惯性参考坐标系的比力增量；α3′为在时间[tk+2h,tk+H]内刚体相对惯性参考坐标系的比力增量；w(τ)为刚体相对惯性参考坐标系的角速度；f(τ)为刚体相对惯性参考坐标系的比力；ε为对偶标记；2)根据刚体相对惯性参考坐标系的螺旋矢量增量，求解出在时间[tk,tk+H]内刚体的更新对偶四元数；求解公式如下：q^(H)=cosΔΦ^2ΔΦ^ΔΦ^sinΔΦ^2---(6);]]>式(6)中：为在时间[tk,tk+H]内刚体的更新对偶四元数；为在时间[tk,tk+H]内刚体相对惯性参考坐标系的螺旋矢量增量；为在时间[tk,tk+H]内刚体相对惯性参考坐标系的螺旋矢量增量的模；3)根据刚体的更新对偶四元数，实时更新刚体的姿态位置对偶四元数；更新公式如下：式(7)中：为在tk+H时刻刚体的姿态位置对偶四元数；为在tk时刻刚体的姿态位置对偶四元数；为在时间[tk,tk+H]内刚体的更新对偶四元数；4)根据实时更新的刚体的姿态位置对偶四元数，求解出在tk+H时刻刚体相对惯性参考坐标系的平移矢量；求解公式如下：ti(tk+H)＝2Q′(tk+H)οQ*(tk+H)    (8)；Q^(tk+H)=Q(tk+H)+ϵQ′(tk+H)---(9);]]>式(8)‑(9)中：ti(tk+H)为在tk+H时刻刚体相对惯性参考坐标系的平移矢量；为在tk+H时刻刚体的姿态位置对偶四元数；Q(tk+H)为在tk+H时刻刚体的姿态位置对偶四元数的实部；Q′(tk+H)为在tk+H时刻刚体的姿态位置对偶四元数的对偶部；Q*(tk+H)为在tk+H时刻刚体的姿态位置对偶四元数实部的共轭；ε为对偶标记。...

【技术特征摘要】
1.一种基于螺旋矢量的捷联姿态位置一体化更新算法，其特征在于:该算法是采用如下步骤实现的: 1)假设刚体相对惯性参考坐标系进行螺旋运动，刚体的螺旋矢量更新周期为H，陀螺仪的采样周期和加速度计的采样周期均为h，陀螺仪的采样子样数和加速度计的采样子样数均为N，则H = Nh ;设定...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，刘俊，秦丽，范建英，张晓明，石云波，鲍爱达，景增增，张松，范成叶，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14