[发明专利]浮球平台载体姿态测量方法

说明书

本发明提供一种浮球平台载体姿态测量方法，该方法通过光电传感器测量载体相对球体的转动经过的球壳内表面上的弧长，根据测量信息解算出载体当前时刻转动的转轴方向，然后结合光电传感器的安装位置解算出载体当前时刻转动角度，最后根据四元数乘法计算初始时刻到当前时刻载体转动的四元数，从而解算出该载体当前的姿态。本发明提供的方法结构简单，只需在球体上安装光电传感器，无需在球壳上安装辅助设备，易于实现时间同步；光电传感器只敏感测量平面内的相对位移，所得结果能避免受到球体晃动的影响，准确性得到提高。

技术领域

本发明涉及惯性导航技术领域，特别的涉及一种针对浮球平台的载体姿态测量方法，尤其是能采用光电传感器实现载体的非接触全姿态测量。

背景技术

在惯性导航领域，浮球式惯性平台(简称：浮球平台)属于平台式惯导系统，相比于捷联式导航系统，其能够为载体提供更加安静稳定的测量环境，适用于无源的长航时导航。浮球平台是一种新型惯性平台，多用于远程战略导弹和远程轰炸机的惯性导航中。其功能与传统的惯性导航设备相同，能为载体提供实时的位置、速度和姿态信息。传统的惯性平台为框架式惯性平台，其台体有三个框架支承，台体上安装三个相互正交的陀螺仪及三个相互正交的加速度计，其中陀螺仪用于敏感台体相对惯性空间的转动，通过控制系统，驱动框架转动，使台体在惯性空间保持稳定，在此基础上，三个正交的加速度计可直接测量载体加速度在惯性空间中的分量，通过框架上的编码器测量框架转动，根据框架角解算出载体的姿态。

浮球平台采用液体静压支承系统代替框架平台的框架系统，浮球平台的台体是一个密封的球体，其置于一个与载体固连的球壳中，球体与球壳间充满液体，球体与球壳由液体隔开，球体内部装有液体循环装置，用于产生液体静压支承作用和液体射流反推控制力矩，液体的静压支承能够有效的削弱载体转动对台体姿态的影响，同时也能产生良好的减振性能。由于液体的隔离作用，浮球平台能够实现载体的全姿态测量，目前的浮球平台对于载体姿态的测量采用电容姿态带的方法，在球体表面安装三条相互正交的激励带，在球壳的两个半球咬合处安装一条接收带，在三条激励带上施加不同频率的正弦信号，激励带和接收带间的电容变化规律可影响接收带敏感到的交流电信号，通过设计合理的解算方案，从而得到载体的姿态。但是，这种方法对于交流电信号的检测具有较高的要求，而且在实际工作过程中，电容式姿态测量系统存在如下问题：激励信号与接收信号分别作用在球体和球壳上，时间同步较难，接收的交流电信号噪声大，信号不稳定；球体的晃动会改变激励带和接收带的间距，进而造成电容不规律的改变；接收带相对于激励带发生倾斜时，以及激励带处于接收带交叉位置时都需要引入判断机制，在这些情况下，所需解算方案复杂，运算耗时长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种浮球平台载体姿态测量方法，该发明解决了现有技术中电容式姿态测量方法对于交流电信号的检测要求较高；激励信号与接收信号时间同步难，接收的交流电信号噪声大，信号不稳定；电容不规律的改变；接收带相对于激励带发生倾斜时，以及激励带处于接收带交叉位置时所需引入判断机制，解算方案复杂，运算耗时长等问题。

本发明提供了一种浮球平台载体姿态测量方法，能够实现载体姿态的非接触全姿态测量。

进一步地，通过光电传感器测量得到载体转动的线速度。

进一步地，根据线速度和角速度的关系，利用最小二乘估计方法得到载体的转轴方向。

进一步地，根据光电传感器的安装位置计算出各光电传感器测量弧长对应的载体转动角度，将其均值作为载体的转动角度，构造出载体当前时刻的转动四元数。

进一步地，根据四元数乘法得到初始时刻到当前时刻载体的转动四元数，并基于此解算出载体当前的姿态。

相对现有技术，本发明的技术效果：