[发明专利]一种旋转飞行器滚转角解算方法及系统

说明书

本发明公开了一种旋转飞行器滚转角解算方法及系统，通过建立绕飞行器质心动力学方程组为驱动方程，以地磁方位角与俯仰角、偏航角、磁偏角、磁倾角和航向角的关系方程为观测方程，以地磁方位角的实际测量值为观测量，通过扩展卡尔曼滤波估计俯仰角和偏航角；然后解算地磁矢量基准角；最后解算出高精度的滚转角；本发明的旋转飞行器滚转角解算方法及系统，提高了滚转角的解算精度。

技术领域

本发明属于滚转角测算技术领域，具体地说，是涉及一种旋转飞行器滚转角解算方法及系统。

背景技术

随着飞行器制导化进程的推进，滚转角的实时准确测量技术成了制导或修正控制的关键技术之一，尤其是对于一些高旋高动态的旋转智能飞行器，滚转角的准确测量已经成了核心瓶颈技术之一。

目前，关于旋转飞行器滚转角测量的研究有很多，各有特色，主流测量方法包括卫星导航接收机测量、惯性导航器件测量、地磁传感器测量、太阳方位角测量以及组合测量等方法。在这些方法中，地磁传感器因其低成本、误差不累积、灵敏度高等优势，在完成误差补偿标定之后，非常适合测量低成本旋转飞行器的滚转角。

地磁传感器测量滚转角的传统方法存在着较大的局限，主要思路是根据坐标转移矩阵推导滚转角的解算公式，由于公式中存在着俯仰角和偏航角两个未知参数，传统方法会采用两个横向速度角(即速度高低角和速度方位角)分别代替两个横向姿态角(即俯仰角和偏航角)的方法。然而，通过大量实验发现，在实际的旋转飞行器的飞行轨迹中，初始段和末段会由于初始扰动、气流等原因出现纵轴(飞行器中轴线)剧烈摆动的现象，姿态角与速度角的差值较大，可以达到几度，见图1所述。图1中是一组实测轨迹的地磁方位角变化规律图，它反映出了旋转飞行器在空中的姿态摆动规律。飞行轨迹的初始段和末段，摆动剧烈，摆动幅值较大，姿态角与速度角之间存在较大的差值。若采用速度角代替姿态角来解算滚转角，则在初始段和末段会产生较大的误差。

发明内容

本发明提供了一种旋转飞行器滚转角解算方法，提高了滚转角的解算精度。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种旋转飞行器滚转角解算方法，包括：

(1)建立绕飞行器质心动力学方程组为驱动方程，以地磁方位角σ_M与俯仰角偏航角磁偏角D、磁倾角I和航向角α_N的关系方程为观测方程，以地磁方位角σ_M的实际测量值为观测量，通过扩展卡尔曼滤波估计俯仰角和偏航角

(2)解算地磁矢量基准角γ₀：

其中，T_η、T_ζ分别为地磁强度矢量在弹轴坐标系Oξηζ的Oη轴、Oζ轴的投影分量；在弹轴坐标系Oξηζ中，原点O为旋转飞行器的质心，Oξ轴沿旋转飞行器中轴线方向向前为正，Oη轴位于包含飞行器中轴线的铅垂面内且垂直于Oξ轴向上为正，按右手法则，Oζ轴与Oξη面垂直且向右为正；

T_N、T_E、T_D分别为地磁强度矢量在北东地地理坐标系的三个分量；

(3)解算滚转角γ：

γ＝γ₀+φ_S；其中，φ_S为自转角，