[发明专利]一种基于高精度IMU的气浮台初始对准方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于高精度IMU的气浮台初始对准方法及系统，其中，该方法包括如下步骤：定义坐标系；根据地球自转角速度和气浮台所处地理经纬度得到惯性坐标系到东北天系的姿态变换矩阵；根据陀螺传感输出四元数得到本体系到基座惯性坐标系的姿态变换矩阵；根据双矢量定姿原理得到基座惯性坐标系到惯性坐标系的姿态变换矩阵；根据惯性坐标系到东北天系的姿态变换矩阵、本体系到基座惯性坐标系的姿态变换矩阵和基座惯性坐标系到惯性坐标系的姿态变换矩阵得到本体坐标系到东北坐标系的姿态变换矩阵；根据本体坐标系到东北坐标系的姿态变换矩阵得到陀螺的输出和加速度计的输出。本发明能够实现气浮台本体系相对基准系初始姿态的确定。

技术领域

本发明属于航天器地面物理仿真试验验证技术领域，尤其涉及一种基于高精度IMU的气浮台初始对准方法及系统。

背景技术

航天器自主交会对接是空间在轨服务任务的重要环节，自主对接任务涉及对接机构、光学成像敏感器、控制系统等一系列关键环节，为了验证机构和控制策略的可靠性，必须对航天器自主交会对接整个过程进行地面全物理仿真验证。

气浮方式是航天领域全物理仿真试验中主要的重力卸载方式。气浮台是地面测量、导航、控制等全物理仿真试验的核心部件，是整个地面仿真器的支持部分。地面物理试验首先需要确定气浮台本体系相对基准系初始姿态，从而为姿态控制提供精确姿态测量输入。传统的解决方案一般采用室内高精度测量系统，如室内GPS测量系统，作为一种复杂的多站交会精密测量系统，室内GPS测量系统虽然测量范围大、精度较高，但是其也具有稳定性差，操作难度大、成本高的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种基于高精度IMU的气浮台初始对准方法，能够实现气浮台本体系相对基准系初始姿态的确定，该方法工程可行，操作简便快捷，有推广价值。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种基于高精度IMU的气浮台初始对准方法，所述方法包括如下步骤：步骤S1：定义惯性坐标系、地球固连坐标系、东北天坐标系、平台系、本体系和基座惯性坐标系；步骤S2：根据地球自转角速度和气浮台所处地理经纬度得到惯性坐标系到东北天系的姿态变换矩阵；步骤S3：根据陀螺传感输出四元数得到本体系到基座惯性坐标系的姿态变换矩阵；步骤S4：根据双矢量定姿原理得到基座惯性坐标系到惯性坐标系的姿态变换矩阵；步骤S5：根据惯性坐标系到东北天系的姿态变换矩阵、本体系到基座惯性坐标系的姿态变换矩阵和基座惯性坐标系到惯性坐标系的姿态变换矩阵得到本体坐标系到东北坐标系的姿态变换矩阵；步骤S6：根据本体坐标系到东北坐标系的姿态变换矩阵得到陀螺的输出和加速度计的输出。

上述基于高精度IMU的气浮台初始对准方法中，在步骤S1中，惯性坐标系O_I-X_IY_IZ_I为：原点O_I在地球质心，基本平面为J2000.0地球平赤道面，O_IX_I轴在基本平面内指向J2000.0平春分点，O_IZ_I轴垂直基本平面指向北极方向，O_IY_I轴与OIZI轴、O_IX_I轴垂直并构成右手直角坐标系；

地球固连坐标系O_E-X_EY_EZ_E为：坐标原点O_E为地心，O_EZ_E轴从地心指向地球的平均极CIO(国际习用原点)，O_EX_E轴在基本平面内指向格林尼治子午圈，O_EYE轴与O_EZ_E轴、O_EX_E轴构成右手直角坐标系；