[发明专利]利用地磁信息和加速计解算飞行器姿态的方法

说明书

本发明提供了一种利用地磁信息和加速计解算飞行器姿态的方法，以磁阻传感器和加速计的测量误差为权重，对飞行器纵轴与地磁矢量夹角变化确定的测量噪声协方差矩阵进行调整，以实现对飞行器滚转角的最优估计。该方法通过地磁信息和加速计配合使用，可以消除飞行器测量盲区的影响。

技术领域

本发明涉及一种利用地磁信息和加速计解算飞行体姿态的方法，特别涉及一种利用地磁信息和加速计解算飞行体滚转角的空间盲区及固有偏差的方法。

背景技术

地球是一个天然的磁石，它近似于一个置于地心的偶极子。地面上任意一点都具有一定的磁场强度和方向，故可认为地磁场为一个已知的矢量场。根据矢量定姿的原理，若可以通过固连于飞行器上的传感器测量出地磁矢量的方向，则可利用矢量运算解算出飞行器的姿态角。磁阻传感器由于其尺寸小、成本低、可抗高过载的特性，被广泛应用于飞行体特别是导弹滚转姿态测量系统中。在实际应用中，磁阻传感器的其敏感轴之一与弹轴向平行，当导弹轴向方向靠近磁北向附近时，滚转姿态解算会出现较大误差。

产生这些误差的原因，普遍认为是由于当导弹的弹体轴(x轴)靠近磁北向时，与弹体轴垂直截面(Oyz面)上地磁场分量较小，导致y轴和z轴上磁阻传感器的测量值过于微弱，输出信号信噪比太低，从而导致滚转姿态解算存在误差。本领域人员普遍认为，可以通过提高传感器的测量精度和提升传感器输出信号的信噪比来减小甚至消除此误差。

然而，本发明人通过基于磁阻传感器的弹体姿态测量技术，理论推导出了依靠磁阻传感器信息解算导弹滚转角的算法，发现了滚转角误差的主要来源，不仅与磁阻传感器的测量误差有关，还与导弹的俯仰角和偏航角的测量误差有关。即使磁阻传感器的测量精度达到理想的状态，当弹体轴与磁北向夹角较小时，因俯仰角和偏航角的测量存在误差，也会导致滚转角的解算误差在一定程度上趋于发散。

本发明人发现，对于低速滚转的飞行体，如导弹、卫星等飞行体，在发射方向和磁北向夹角较小的时候，使用地磁传感器解算滚转角时会存在解算盲区。

为了解决现有技术中的上述问题，本发明人通过引入加速度计，提供了一种利用地磁信息和加速计解算飞行体姿态的方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：通过地磁信息和加速计配合使用，采用自适应最小二乘滤波法，可以消除测量盲区的影响，从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供一种利用地磁信息和加速计解算飞行器姿态的方法，加速计每一时刻的测量值解算出的滚转角γ_A由以下式Ⅱ给出：

式Ⅱ

其中，ω_x为加速度计测量的滚转角，t₀为积分起始点，t_f为计算滚转角的时刻。

飞行器质心位置与加速度计安装位置的矢量为d，飞行器的滚转角速度矢量为ω_x，根据加速度计的臂杆效应，加速度计的径向测量值a_γ为

a_r＝ω_x²d

根据上式可解算得到滚转角速度ω_x。

其中，所述加速计测量值解算出的滚转角γ_A＝γ+δγ_A；

γ表示飞行器的真实滚转角；

δγ_A为解算误差，误差δγ_A～N(0,σ_A²)，σ_A²根据选用的加速计的性能参数确定。