[发明专利]基于差商法磁测旋转飞行器滚转角的实时解算方法

说明书

本发明公开了一种基于差商法磁测旋转飞行器滚转角解算方法，利用捷联在飞行器体内的地磁传感器解算旋转飞行器滚转角，在飞行器飞行过程中，取同一个滚转周期内的三个磁测量点，将前一个磁测量点分别减去后两个磁测量点，然后将其差值作商，得到含有滚转角的数学表达式。本发明不仅简单、计算量小、不需要提前校正地磁传感器、在一个滚转周期的任何位置都能进行解算，而且该方法对传感器刻度因子误差和固定偏差具有很强的鲁棒性。

技术领域

本发明属于飞行器姿态角测量领域，特别是一种基于差商法磁测旋转飞行器滚转角的实时解算方法。

背景技术

地磁场是地球的天然磁场，可利用捷联在飞行器内的地磁传感器对其进行姿态解算。地磁传感器具有高灵敏、小体积、抗高发射过载和解算误差不随时间累积的优点。因此，地磁传感器能够应用于旋转飞行器的滚转角解算。

南京理工大学曹鹏在博士论文“高旋弹丸滚转角的磁测量误差建模及仿真实验研究”中介绍了一种传统磁测滚转角的解算方法。在飞行器的滚转平面内，地磁矢量在弹径平面的分矢量为B_c，其分矢量在飞行器轴坐标系中的量测值为和在飞行器坐标系中的量测值为b_y和b_z。则飞行器滚转角的计算表达式为：

如果运用传统方法解算飞行器滚转角，该方法需要地磁传感器两个敏感轴方向的输出量，同时传感器刻度因子误差和固定偏差对该方法的解算精度有一定的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于差商法磁测旋转飞行器滚转角的实时解算方法，利用地磁传感器单轴的磁测量信号，提高旋转飞行器磁测滚转角解算精度、消除传感器由于刻度因子误差和固定偏差引起的滚转角解算误差。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于差商法磁测旋转飞行器滚转角的实时解算方法，方法步骤如下：

步骤1：建立地磁传感器敏感轴输出模型：

步骤1-1：对飞行器进行坐标变换：

采用地磁测量飞行器滚转角的过程中，捷联于飞行器内部的地磁传感器敏感方向与飞行器坐标轴方向一致，并利用测量所得的地磁信息进行飞行器姿态解算；

飞行器发射坐标系ox₁y₁z₁向飞行器体坐标系o_sxyz的转换关系为：

分别为地磁场强度在发射坐标系ox₁y₁z₁中各轴的分量，b_x、b_y、b_z分别为地磁场强度在飞行器体坐标系o_sxyz中各轴的分量，为飞行器姿态转换矩阵；θ为飞行器俯仰角，为飞行器偏航角，γ为飞行器滚转角；

步骤1-2：计算参考滚转角γ_B：

当飞行器滚转角γ与参考滚转角γ_B相等时，分矢量B_c在飞行器体坐标系o_sxyz中的分量b_z为0；根据公式(1.2)和公式(1.3)得到b_z的表达式

将γ＝γ_B和b_z＝0代入公式(1.4)得到参考滚转角的表达式：