[发明专利]一种捷联磁惯性组合系统

说明书

技术领域

本发明属于导航技术测量领域，涉及一种捷联磁惯性组合系统。

背景技术

捷联惯导系统从上世纪60年代初得到成熟的探索，尤其在1969年，捷联惯导系统作为“阿波罗”-13号登月飞船的应急备份装置，在其服务舱发生爆炸时将飞船成功的引导到返回地球的轨道上时起到了决定性的作用，成为捷联式惯导系统发展中的一个里程碑。从本世纪七十年代以来，在惯性传感器及惯性导航系统技术方面又取得了长足的进步，成功的研制了各种类型的惯性传感器(如激光陀螺、光纤陀螺、动态调谐陀螺等)，并得到了广泛的应用。在系统技术方面，捷联式惯导系统也得到了极大的发展，除了精度要求比较高的战略应用(战略导弹、战略核潜艇)之外，捷联惯导系统几乎取代了所有的平台式惯导系统。据资料报道，美国军用惯导系统1984年前全部为平台惯导，到1989年一半改为捷联惯导，1994年捷联式已经占有90％。

目前用于旋转弹的捷联惯性组合，由于缺少敏感高速横滚角速率的陀螺仪，都在采取各种方法避免使捷联惯性测量单元承受弹体的旋转环境。如：美国为首的5国正在联合研制的GMLRS227mm远程制导火箭弹，为了避免惯性测量单元承受旋转环境，采取了增加一个滑动轴承，隔离发动机的旋转，通过空气舵使制导舱保持倾斜稳定。这种方式的缺点是系统复杂、增加了无效重量，牺牲了一部分舵资源。美国正在研究能够测量范围达3600°/s、标度因数误差小于5PPM的角速率陀螺仪，但是成本问题也难以在短期内得到解决。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提出了一种新的捷联惯性组合系统，其目的在于解决对转速在10r/s～20r/s的旋转弹下的姿态测量，能实时解算旋转弹的姿态，具有很强的环境适用性，以有效解决现有旋转弹的制导改造需要。

本发明提供了一种捷联磁惯性组合系统，两只单轴角速率微机械陀螺、一个双轴地磁滚转角测量单元、第一解算模块、第二解算模块、信号调理模块、采集模块、输出模块和供电模块以捷联方式直接固连在弹体上；微机械陀螺与双轴地磁滚转角测量单元相互正交；

供电模块，用于为两只单轴角速率微机械陀螺、一个双轴地磁滚转角测量单元、第一解算模块、第二解算模块、信号调理模块、采集模块和输出模块供电；

信号调理模块，用于接收单轴角速率微机械陀螺输出的角速率信号并进行滤波和放大；用于接收双轴地磁滚转角测量单元输出的正弦信号并进行滤波和放大；

采集模块，用于对信号调理模块调理后的单轴角速率微机械陀螺输出的角速率信号和双轴地磁滚转角测量单元输出的正弦信号进行模/数变换，并将模/数变换后的正弦信号发送至第一解算模块，将模/数变换后的角速率信号输出至第二解算模块；

第一解算模块，用于根据模/数变换后的正弦信号解算滚转角γ以及滚转角速率ω_x；

第二解算模块，用于根据模/数变换后的角速率信号和第一解算模块发送的滚转角速率ω_x解算方位角ψ和俯仰角θ；

输出模块，用于输出滚转角γ、方位角ψ和俯仰角θ。

第一解算模块根据以下公式解算滚转角：

当Hy＞0时，γ＝90-[arctan(Hz/Hy)]×180/π；

当Hy＜0时，γ＝270-[arctan(Hz/Hy)]×180/π；

当Hy＝0且Hz＜0时，γ＝180；

当Hy＝0且Hz＞0时，γ＝0；

其中，Hy和Hz分别为地磁敏感双轴信号。

第二解算模块根据以下方法解算方位角ψ和俯仰角θ：

根据公式得到四元数：q₀，q₁，q₂，q₃；

将游动方位坐标系与弹体坐标系的方向余弦矩阵式为等效为四元数姿态矩阵：T=Cbn=Cnb′]]>