[发明专利]微小型飞行器微惯性组合导航系统的姿态确定方法

摘要

一种微小型飞行器微惯性组合导航系统的姿态确定方法，属微小型飞行器姿态确定方法。本方法利用制导信息，控制卡尔曼滤波器噪声矩阵，实现随飞行状态的自适应调整，通过参数调整，实现微惯性组合导航系统在动态飞行条件下的姿态确定，具体步骤：通过GNC闭环回路制导算法，得到飞行器横滚角；通过传感器采集，获得飞行器角速度和比力；按捷联惯性导航算法解算出飞行器姿态、速度和位置信息；由加速度计和GPS数据计算飞行器的姿态和位置测量信息；实时计算卡尔曼滤波器的观测噪声矩阵中的水平姿态方差，通过卡尔曼滤波器估计捷联惯导系统的误差；对上述获得的姿态、速度和位置信息进行修正，并作为反馈信息，输入到控制系统。

主权项

1.一种微小型飞行器微惯性组合导航系统的姿态确定方法，其特点在于通过以下步骤实现：(1)微小型飞行器GNC闭环回路的制导算法解算步骤：根据微小型飞行器当前的位置和期望航路点的位置，计算出期望的飞行方向，将期望的飞行方向与当前飞行方向相减，所得的差乘以一系数k，得到期望的微小型飞行器横滚角，其中系数k可取范围是0.2到0.5；(2)MEMS惯性测量单元信号采集步骤：采集MEMS惯性测量单元的输出信号，得到微小型飞行器的角速度和比力；(3)捷联惯导算法解算步骤：将步骤(2)采集到的角速度和比力信号，按捷联惯性导航算法的流程，解算出微小型飞行器的姿态、速度和位置的导航信息；(4)获取位置和姿态的测量信息步骤：读取GPS的位置、速度和航向信息，同时利用最近时刻采集到的比力信号，按加速度计倾角传感器的测量原理计算微小型飞行器的横滚角与俯仰角；(5)卡尔曼滤波器观测矩阵的自适应调整步骤：以步骤(1)得到的期望的横滚角为自变量，按一分段函数，实时计算卡尔曼滤波器的观测噪声矩阵中水平姿态的方差，实时计算的卡尔曼滤波器的观测噪声矩阵中水平姿态的方差与其初值之间保持一倍数关系，这一倍数是分段函数的因变量，该分段函数的具体函数关系通过实际的飞行试验来确定；(6)组合滤波及修正步骤：利用步骤(5)实时调整观测矩阵参数的卡尔曼滤波器，对步骤(4)获取的测量信息进行处理，估计步骤(2)捷联惯导解算出的姿态、速度和位置的误差，在步骤(2)获得的姿态、速度和位置中，扣除本步骤估计出的误差，并替换步骤(2)的姿态、速度和位置信息；(7)姿态、位置信息的反馈步骤：步骤(6)获得的姿态信息输入到微小型飞行器的控制模块，控制模块通过微小型飞行器的舵面控制微小型飞行器的姿态变化；步骤(6)获得的位置和航向信息输入到制导模块，用于完成步骤(1)。