[发明专利]一种适用高动态飞行器串联组合导航方法

说明书

本发明提供一种适用高动态飞行器串联组合导航方法，采用“快速获取”与“高精度组合滤波”两种工作模式的串联组合，其中，在飞行器飞行的初始阶段，在外弹道约束下的无控飞行，通过初始姿态快速估计器分别根据三轴地磁传感器的测量值，角速率滤波器输出的三轴向角速率，以及卫星导航系统输出的导航坐标系下载体速度三个输入值，进行载体初始参数的空中快速获取，输出当前载体的飞行初始参数；在飞行器进入受控飞行阶段，通过飞行姿态高精度滤波器，采用离散EKF滤波算法实时完成飞行姿态高精度滤波估计。

技术领域

本发明涉及常规弹药、高速旋转弹药、高动态飞行器等飞行姿态测量技术领域，尤其是涉及一种适用高动态飞行器串联组合导航方法。

背景技术

常规弹药发射后，在外弹道约束下弹丸全程依靠惯性力飞行，具有大初始 速度，高过载和高速度旋转等“高动态”特性。在常规弹药智能化导航改造中， 弹轴向高达14000°/s的滚转角速率，使得现有陀螺的量程与精度很难同时满 足弹载测试的要求，另外高达10000g的发射大过载，极易造成机载传感器出现 测量大误差、短时失效、甚至损坏等。大初速、高过载、高自旋等这些恶劣应 用环境使得现有成熟的机载组合导航系统很难直接移植应用于常规弹药这类高 动态飞行器的智能化改造中，存在参数测试不全、测量精度较低或系统可靠性 差等问题。因此，寻求一种适用于具有高过载、高自旋和高动态运动特征的飞 行器的导航系统，是常规弹药智能化改造亟需解决的关键技术之一。

发明内容

针对上述问题，本专利提出了一种适用高动态飞行器串联组合导航方法， 针对上述问题，本发明根据高动态飞行器运动特点，采用“快速获取”与“高 精度组合滤波”两种工作模式的串联组合方案，具体为在飞行器飞行初始阶段， 完成载体初始参数的空中快速获取；然后导航系统切换到高精度组合滤波模式， 进入受控飞行阶段，最终实现高动态飞行器受控飞行参数高精度估计。

具体的，所述适用高动态飞行器串联组合导航方法，包括：

在飞行器飞行的初始阶段，在外弹道约束下的无控飞行，通过初始姿态快 速估计器分别根据三轴地磁传感器的测量值角速率滤波器 输出的三轴向角速率以及卫星导航系统输出的导航坐标系下载体速 度三个输入值，进行载体初始参数的空中快速获取，输出当前载体的 飞行初始参数

在飞行器进入受控飞行阶段，飞行姿态高精度滤波器分别根据所述飞行初 始参数所述三轴地磁传感器的测量值H^b，所述三轴向角速率以 及所述载体速度四个输入值，采用离散EKF滤波算法实时完成飞行姿 态高精度滤波估计

其中，所述角速率滤波器的输入数据为MEMS陀螺实测值和以及三轴 地磁传感器的测量值H^b；所述MEMS陀螺包括分别安装于所述载体坐标系 O-X^bY^bZ^b的X轴上的单轴陀螺Gx和Z轴上的单轴陀螺Gz；所述三轴地磁传感器 各轴敏感方向均与载体坐标系完全重合，用于测量载体坐标系下地磁场矢量信 息；所述卫星导航系统的接收机天线安装于飞行器壳体表面。

进一步的，通过所述初始姿态快速估计器计算飞行初始参数 还包括以下计算过程：

通过速度信息进行估算载体的初始俯仰角θ₀，俯仰角解算公式为：

式中，和分别表示为导航坐标系下的飞行器初始速度分量，由 卫星导航系统测量所得；

由磁测信息解算载体的偏航角和滚转角γ₀初始姿态信息，公式为：

式中，和分别表示为三轴地磁传感器X、Y和Z轴向地磁传感 器测量输出值为导航系下的地磁场北向地磁分量。