[发明专利]基于POS数据与框架角联合解算的姿态控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及导航制导领域，具体涉及一种基于高精度POS(Position and Orientation System,位置与姿态系统)数据与框架角联合解算的姿态控制方法。

背景技术

随着精确制导武器技术的不断发展，航空光电吊舱已成为战机精确打击系统中的重要组成部分，是集光学、机械、微电子、自动控制和通讯技术为一体的高科技产品，其研制开发备受各国的重视。

高精度的位置和姿态测量系统是光电吊舱的核心部件，用于隔离载体的姿态运动，从而辅助光电传感器完成对目标的搜索、侦察等任务。位置和姿态测量系统中包括光纤陀螺和加速度计、GNSS，根据其在光电吊舱内部安装位置的不同，可以支持不同的工作模式。

当前高精度多框架光电吊舱广泛应用于边界巡逻、海岸巡防、安全搜救、执法安全、森林防火、环境监视、输油管道检查、高压线检查、影视航拍等工作。多框架光电吊舱采用多框架架构技术，基于陀螺稳定原理，通过数字化和先进驱动技术，通常利用内中外三层框架实现稳定控制，有效隔离载体运动向内部载荷平台的传导。机载多框架光电吊舱适用于直升机、固定翼等多种类型的有人/无人飞机，在强振动、大风阻等不利扰动环境下，保持吊舱内部载荷平台微弧级精度稳定。机载多框架光电吊舱根据配备的载荷(如高清摄像机、红外传感器、激光测距仪、激光指示器等)，完成影视拍摄、昼夜侦察、目标跟踪与定位及武器导引等功能。

采用多框架稳定的机载光电吊舱，需要科学准确地估算各框架的当前角速率，本领域亟待研究更优秀的相关技术方案。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的问题和不足，提供一种满足姿态控制需求的高精度POS数据与框架角联合解算技术，实时为光电载荷提供高频率高精度的姿态控制信息。

本发明所采用的技术方案是一种基于POS数据与框架角联合解算的姿态控制方法，用于多框架光电吊舱的姿态控制，所述多框架光电吊舱包括内框、中框和外框，所述多框架光电吊舱中安装有位置和姿态测量系统，将位置和姿态测量系统固连于多框架光电吊舱的内框轴，姿态控制包括以下步骤，

步骤1，将位置和姿态测量系统中光纤陀螺的陀螺数据与多框架光电吊舱的框架角数据同步；

步骤2，在任意时刻k，获取陀螺三轴角速率信息

步骤3，根据位置与姿态系统在任意时刻k输出的位置信息计算此时地球自转引起的角速度信息

步骤4，根据多框架光电吊舱在时刻k前输出的框架角信息进行线性拟合，获得任意时刻k三轴框架角信息，包括内框框架角α₀(k)、中框框架角α₁(k)和外框框架角α₂(k)；

步骤5，根据位置与姿态系统在任意时刻k输出的速度和位置信息计算此时载体线运动引起的角速度信息

步骤6，根据位置与姿态系统在任意时刻k输出的姿态信息获取此时载体角运动引起的角速度信息

步骤7，利用以上步骤所得结果计算任意时刻k光电吊舱系统的三个框架角速率信息；

步骤8，根据步骤7所得结果输出多框架光电吊舱的三个框架角控制信息，输出位置与姿态系统所得载体的速度、位置和姿态信息。

而且，利用位置和姿态测量系统中内置的晶振计数器实现同步。

而且，根据位置和姿态测量系统在任意时刻k输出的地理纬度信息计算此时地球自转引起的角速度信息计算公式如下，

其中，ω_ie是地球自转角速率值，n表示导航坐标系。

而且，步骤5中，根据位置和姿态测量系统在任意时刻k输出的速度V_E和V_N和地理纬度信息计算此时载体线运动引起的角速度信息计算公式如下：

其中，V_E和V_N分别是载体在地理东向和北向速度分量，R是地球半径。

而且，步骤7中，计算任意时刻k光电吊舱系统的三个框架角速率信息包括以下步骤，

步骤7.1，根据步骤4所得光电吊舱的三轴框架角信息分别计算载体坐标系与内框坐标系之间的旋转矩阵

步骤7.2，结合POS系统输出的载体系与导航系之间的旋转矩阵计算内框系与导航系之间的旋转矩阵计算公式如下，

步骤7.3，根据步骤3、5、6所得和进行坐标变换，转换到内框系，得到陀螺三轴角速率信息中的地球自转角速度分量载体线运动引起的角速度分量载体角运动引起的分量公式如下，