[发明专利]一种惯性导航系统及高转速旋转体姿态测量方法

说明书

本发明提供一种惯性导航系统及高转速旋转体姿态测量方法。该方法包括：对于当前解算周期，分别测量旋转体的法向惯性信息及地磁信息；建立地磁姿态解算坐标系，利用地磁信息和法向惯性信息在地磁姿态解算坐标系进行姿态解算，将解算出的姿态进行坐标变换，得到弹体坐标系相对于地理坐标系的姿态信息。本发明能降低传感器成本，并解决现有惯性/地磁组合姿态测量系统中，滚转角量程不足以及测量精度随时间快速发散的问题。

技术领域

本发明属于惯性导航技术领域，涉及一种惯性导航系统及高转速旋转体姿态测量方法。

背景技术

姿态信息是导航制导系统的核心测量数据，通常指弹体坐标系相对于地理坐标系的姿态角，具体包括滚转角、俯仰角和航向角。对于制导化旋转弹等高转速旋转体，由于滚转角速率高达8～15转/秒，远超典型陀螺器件量程，常规惯性姿态测量系统无法测量滚转角。

利用地磁信息解算滚转角和俯仰角具有量程大、误差不随时间累积等优点，但通常需要其他航向角信息辅助或假设航向角恒定不变，限制了此类方法的应用；此外，测量精度容易受到发射装置等外界铁磁环境的影响。

发明内容

本发明的目的是：提供一种惯性导航系统及高转速旋转体姿态测量方法，降低传感器成本，并解决现有惯性/地磁组合姿态测量系统中，滚转角量程不足以及测量精度随时间快速发散的问题。

本发明的技术方案：

第一方面，提供一种惯性导航系统，包括：

三轴磁强计、单轴陀螺和处理器，其中，三轴磁强计的传感器轴向与弹体坐标系的轴向重合，用于测量旋转体在弹体坐标系下的地磁信息；单轴陀螺的传感器轴向与弹体坐标系法向轴向重合，用于测量旋转体在弹体坐标系法向轴的惯性信息，处理器采集三轴磁强计和单轴陀螺的测量的信息。

第二方面，提供一种高转速旋转体姿态测量方法，应用于惯性导航系统，包括：

对于当前解算周期，分别测量旋转体的法向惯性信息及地磁信息；

建立地磁姿态解算坐标系，利用地磁信息和法向惯性信息在地磁姿态解算坐标系进行姿态解算，将解算出的姿态进行坐标变换，得到弹体坐标系相对于地理坐标系的姿态信息。

进一步的，建立地磁姿态解算坐标系，利用地磁信息和惯性信息在地磁姿态解算坐标系进行姿态解算，将解算出的姿态进行坐标变换，得到弹体坐标系相对于地理坐标系的姿态信息，包括：

在当前解算周期内，获取当前的纬度和经度；

根据纬度和经度建立地理坐标系相对于地磁姿态解算坐标系的转换矩阵；

利用地磁信息，计算弹体坐标系相对于地磁姿态解算坐标系的俯仰角和滚转角；

根据弹体坐标系相对于地磁姿态解算坐标系的俯仰角、滚转角和法向惯性信息，解算弹体坐标系相对于地磁姿态解算坐标系的航向角；

根据弹体坐标系相对于地磁姿态解算坐标系的俯仰角、滚转角和航向角，以及转换矩阵，得到弹体坐标系相对于地理坐标系的俯仰角、滚转角和航向角。

进一步的，根据弹体坐标系相对于地磁姿态解算坐标系的俯仰角、滚转角和法向惯性信息，解算弹体坐标系相对于地磁姿态解算坐标系的航向角包括：

获取当前解算周期的地磁姿态解算坐标系的当前俯仰角和上一解算周期内的地磁姿态解算坐标系的上一次俯仰角；

根据当前俯仰角和上一次俯仰角计算地磁姿态解算坐标系的俯仰角速率；

获取惯性导航系统最新解算所得纬度、东向速度和北向速度；

利用惯性导航系统最新解算所得纬度、东向速度、北向速度和法向惯性信息，解算弹体坐标系相对于地磁姿态解算坐标系的角速率；