斜置IMU安装角的快速估计与补偿系统

摘要

本发明公开了一种微惯性捷联航姿系统中，斜置IMU安装角的快速估计与补偿系统，该系统采用了多坐标转换模式的快速估计与补偿系统对斜置放置IMU时产生的IMU信息进行处理；所述斜置IMU信息处理包括有传感器信息采集单元(1)、传感器消噪处理单元(2)、安装角估计单元(3)、传感器安装角补偿单元(4)。本发明利用IMU坐标系、机体坐标系和导航坐标系之间的坐标变换原理，采用IMU输出的三轴加速度信息f2、三轴陀螺信息ω2以及磁罗盘提供的初始磁航向信息，实现斜置安装角的准确估计，利用估计出的安装角对飞行过程中传感器信息进行实时补偿，从而提高微惯性捷联航姿系统的航姿精度。

主权项

1.一种微惯性捷联航姿系统中斜置IMU安装角的快速估计与补偿系统，其特征在于：采用了多坐标转换模式的快速估计与补偿系统对斜置放置IMU时产生的IMU信息进行处理；所述斜置IMU信息处理包括有传感器信息采集单元(1)、传感器消噪处理单元(2)、安装角估计单元(3)、传感器安装角补偿单元(4)；传感器信息采集单元(1)对斜置IMU输出的加速度信息f₀和角速度信息ω₀进行采集与模数转换处理后，输出数字加速度信息f₁和数字角速度信息ω₁；传感器消噪处理单元(2)对接收的数字加速度信息f₁和数字角速度信息ω₁，采用阈值限定方法进行野点剔除获得无野点加速度信息和角速度信息，然后对无野点加速度信息和角速度信息采用IIR低通滤波方法进行降噪平滑处理，获得消除高频噪声后的降噪加速度信息f₂和角速度信息ω₂，并分别将f₂输出给安装角估计单元(3)，ω₂输出给传感器安装角补偿单元(4)；安装角估计单元(3)利用接收的降噪加速度信息f₂，首先按照姿态关系式G_att可以得到导航坐标系OX_nY_nZ_n与IMU坐标系OX_imuY_imuZ_imu之间的俯仰角θ_nimu和横滚角γ_nimu，并利用磁罗盘可以得到导航坐标系OX_nY_nZ_n与IMU坐标系OX_imuY_imuZ_imu之间的磁航向角；然后，利用俯仰角θ_nimu、横滚角γ_nimu和磁航向角，按照坐标变换原理可以得到导航坐标系OX_nY_nZ_n与IMU坐标系OX_imuY_imuZ_imu之间的导航→IMU坐标变换矩阵C_n^imu；然后，利用机体静止水平时的0度姿态角和磁航向角，按照坐标变换原理可以得到机体坐标系OX_bY_bZ_b与导航坐标系OX_nY_nZ_n之间的机体→导航坐标变换矩阵C_bⁿ；最后，利用所求的两个坐标变换矩阵C_n^imu和C_bⁿ，按照坐标变换原理可以得到IMU坐标系OX_imuY_imuZ_imu与机体坐标系OX_bY_bZ_b之间的IMU→机体坐标变换矩阵C_imu^b；所述姿态关系式式中，f_ximu表示IMU中X轴加速度计的滤波输出值，f_yimu表示IMU中Y轴加速度计的滤波输出值，f_zimu表示IMU中Z轴加速度计的滤波输出值；所述导航→IMU坐标变换矩阵所述机体→导航坐标变换矩阵所述IMU→机体坐标变换矩阵T表示坐标变换矩阵的转置；传感器安装角补偿单元(4)接收安装角估计单元(3)传递的IMU坐标系与机体坐标系之间的坐标变换矩阵C_imu^b，并利用此变换矩阵按照安装角补偿关系式G_comp将IMU坐标系下IMU输出的加速度信息和角速度信息转换到机体系下，从而便于求解此后的航姿参数；所述安装角补偿关系式式中，f_bx表示X轴加速度计坐标变换后机体系下的输出值，f_by表示Y轴加速度计坐标变换后机体系下的输出值，f_bz表示Z轴加速度计坐标变换后机体系下的输出值，ω_bx表示X轴陀螺坐标变换后机体系下的输出值，ω_by表示Y轴陀螺坐标变换后机体系下的输出值，ω_bz表示z轴陀螺坐标变换后机体系下的输出值。