【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及寻北定向，具体是一种基于单轴旋转方案的高精度mems寻北方法。
技术介绍
1、目前，寻北定向技术已有广泛的应用领域，如石油采掘、矿井勘探、大地测量等。相比于光纤等其他类型的寻北仪，mems寻北仪因其低成本的优势具有很大的应用市场。
2、然而，低成本的同时带来的劣势是精度相对较低，具体地，在静基座下使用传统的自寻北仪(即粗对准加卡尔曼精对准的方案)的精度受限于东向陀螺零偏和北向加速度计零偏变化率。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于单轴旋转方案的高精度mems寻北方法。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种基于单轴旋转方案的高精度mems寻北仪方法，包括以下步骤：
4、步骤s1：在载体上安装好mems寻北仪后，惯性导航系统将经纬度作为寻北指令发送到mems寻北仪，mems寻北仪上电预热并装订所述经纬度，mems寻北仪自寻北开始；
5、步骤s2：采集自寻北过程数据，通过陀螺和加速度计分别对应获取陀螺角速度增量和加速度计加速度增量；
6、步骤s3：控制mems寻北仪的转动机构回到零位即编码器零位，所述转动机构锁死，进入第一预设时间的间接粗对准过程，利用陀螺角速度增量和加速度计加速度增量计算得到粗略的姿态矩阵；
7、步骤s4：将所述粗略的姿态矩阵输入到基于随机误差建模的卡尔曼滤波器，进行卡尔曼精对准，得到卡尔曼滤波器输出的零位自寻北误差
8、步骤s5：经过第二预设时间后，所述转动机构以预设角速度转位预设角度后锁死，锁死后继续进行第三预设时间的卡尔曼精对准；
9、步骤s6：卡尔曼精对准结束后，通过所述卡尔曼滤波器输出第二位置精对准姿态矩阵，采用逆向解算算法对所述第二位置精对准姿态矩阵进行二次解算，得到修正后的精对准姿态矩阵；
10、步骤s7：根据修正后的精对准姿态矩阵计算输出方位角即寻北值；
11、根据获取陀螺角速度增量，其中，为陀螺角速度增量，为陀螺测量角速度，t为mems寻北仪采样周期；
12、根据获取加速度计加速度增量，其中，为加速度计加速度增量，为加速度计测量加速度；
13、所述基于随机误差建模的卡尔曼滤波器的建立过程如下：
14、首先采用φ角误差模型建立误差传播模型：
15、
16、
17、其中，φ为失准角，根据姿态更新方程计算得到，δvn为n系即导航坐标系下的速度误差，根据速度更新方程计算得到，εn为等效陀螺常值零偏，根据姿态更新方程计算得到，为等效加速度计常值零偏，为加速度计测量加速度，为导航系相对于惯性系的旋转角速度；
18、然后基于上式，将陀螺和加速度计的常值零偏建模为一阶马尔可夫过程和白噪声过程并扩充为卡尔曼精对准的状态变量x，建立卡尔曼滤波器模型如下：
19、
20、z＝hx+v；
21、其中，f为状态一步转移矩阵，h为量测矩阵，w为系统噪声向量，v为量测噪声向量，x为状态向量，z为量测向量；
22、
23、
24、其中，φ为失准角，δvn为n系即导航坐标系下的速度误差，εb为陀螺测量零偏在b系即载体坐标系的投影，为加速度计测量零偏在b系的投影，分别为东向、北向和天向的速度误差；
25、所述将陀螺和加速度计的常值零偏建模为一阶马尔可夫过程和白噪声过程如下：
26、
27、其中，为载体系相对于导航系的陀螺测量误差，为载体系相对于导航系的陀螺测量角速度，δfib b为载体系相对于导航系的加速度计测量误差，为载体系相对于导航系的加速度计测量加速度，sg和sa为陀螺和加速度计的标定刻度误差矩阵，εb为陀螺测量零偏在b系的投影，为加速度计测量零偏在b系的投影，τg和τa分别对应为陀螺和加速度计的相关时间，wg和wa分别对应为陀螺和加速度计的高斯白噪声，wga和wab分别对应代表陀螺和加速度计的驱动白噪声；
28、所述第一预设时间为20-40s，所述第二预设时间与所述第三预设时间均为160-190s；所述预设角速度为10-30°/s；所述预设角度为180°。
29、优选地，采集所述加速度计数据时，对所述加速度计输出的数据进行实时一阶差分，去除趋势项。
30、优选地，所述寻北值的绝对精度为0.3°。
31、优选地，所述寻北值的寻北重复性为0.0127°。
32、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：
33、1.本专利技术通过在7min寻北时间内，利用姿态矩阵和方位角的关系，解算出载体相对于导航坐标系的姿态，此时时间为6min40s，利用逆向解算法，时间为20s，对第二位置精对准姿态矩阵进行二次解算，输出方位角，从而提高了对准精度；
34、2.本专利技术通过在传统的粗对准和卡尔曼精对准基础上改进，根据静基座下方位失准角的极限对准精度理论公式，采集北向加速度计数据时，对输出数据进行一阶差分处理，去除趋势项，减小了北向加速度计零偏变化率对寻北精度的影响；
35、3.本专利技术通过在精对准过程中，转位后得到第二位置，第二位置和原始位置进行卡尔曼精对准的时间相同，这样可以相互抵消两个水平陀螺的常值漂移误差，提高方位失准角的估计精度。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于单轴旋转方案的高精度MEMS寻北仪方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于单轴旋转方案的高精度MEMS寻北方法，其特征在于，采集所述加速度计数据时，对所述加速度计输出的数据进行实时一阶差分，去除趋势项。
3.根据权利要求1所述的一种基于单轴旋转方案的高精度MEMS寻北方法，其特征在于，所述寻北值的绝对精度为0.3°。
4.根据权利要求1所述的一种基于单轴旋转方案的高精度MEMS寻北方法，其特征在于，所述寻北值的寻北重复性为0.0127°。
【技术特征摘要】
1.一种基于单轴旋转方案的高精度mems寻北仪方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于单轴旋转方案的高精度mems寻北方法，其特征在于，采集所述加速度计数据时，对所述加速度计输出的数据进行实时一阶差分，去除趋势项。
【专利技术属性】
技术研发人员：高杨，
申请(专利权)人：武汉优米捷光电子制造有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。