一种空中微小抛撒物运动参数测量方法及系统

摘要

一种用于空中微小抛撒物运动的测量方法及系统，其步骤为：(1)将由三轴微陀螺、三轴微加速度计和三轴微磁强计构成的微测量单元安装于抛撒物中，测量并记录抛撒物从抛撒时刻到落地静止后一段时间内的传感器数据；(2)以抛撒物落地静止后的位置作为相对的初始位置，对抛撒物落地静止后一段时间的传感器数据进行计算，得到抛撒物落地静止后的姿态和三轴微陀螺的零偏；(3)以抛撒物飞行过程中记录的三轴微陀螺和三轴微加速度计数据，用逆时间惯性导航法得到抛撒物在整个飞行过程中的实时运动参数。测量系统包括微测量单元、非易失存储器以及嵌入式处理器。本发明具有结构简单紧凑、原理简单、测量精度高、可靠性好、抗干扰能力强等优点。

主权项

1.一种用于空中微小抛撒物运动的测量方法，其特征在于步骤为：(1)、将由三轴微陀螺、三轴微加速度计和三轴微磁强计构成的微测量单元安装于抛撒物中，测量并记录抛撒物从抛撒时刻到落地静止后一段时间内的传感器数据；读取传感器数据写入非易失存储器中；(2)、以抛撒物落地静止后的位置作为相对的初始位置，采用三轴微磁强计和三轴微加速度计构成静态数字罗盘，对抛撒物落地静止后一段时间的传感器数据进行计算，得到抛撒物落地静止后的姿态，并计算三轴微陀螺的零偏；即，读取非易失存储器中的传感器数据，依据读取的非易失存储器中的传感器数据得到抛撒物的落地静止时刻；依据落地静止时刻将传感器数据分成飞行段和落地静止段；根据落地静止段的陀螺数据计算出陀螺的零偏并对陀螺数据进行修正；计算抛撒物落地静止后的位置、速度且根据静止的三轴微加速度计和三轴微磁强计算静止后的姿态；(3)、在已知落地静止后运动参数的基础上，根据抛撒物飞行段的三轴微陀螺和三轴微加速度计数据，采用逆时间惯性导航法得到抛撒物在整个飞行过程中的各种实时运动参数；所述逆时间惯性导航法，是在得到静止后运动参数的的基础上，根据飞行阶段的三轴微陀螺和三轴微加速度计的数据，进行逆时间惯性导航计算，得到抛撒物的运动参数；其具体步骤为：a.确定实时姿态：采用式(12)的四元数更新进行计算其中，q_k表示T_k时刻的姿态四元数，为由三轴微陀螺测量值计算得到的从T_k到T_k+1时刻的旋转四元数，^*表示四元数的共轭，o表示四元数相乘；b.确定实时速度：采用式(18)计算$V_k=V_{k+1}-(C_b^n(k+1)A_f\left(T_{k+1}\right)+g^n(k+1))\mathrm{\Delta t}---\left(18\right)$其中V_k表示T_k时刻的速度，为T_k+1时刻的方向余弦矩阵，A_f(T_k+1)为T_k+1时刻的三轴微加速度计的测量值，gⁿ(k+1)为T_k+1时刻的重力矢量，Δt为采样步长；c.确定实时位置：采用式(21)计算P_k＝P_k+1-V_k+1*Δt    (21)其中，P(T_k)表示T_k时刻的位置向量。