[发明专利]一种基于位置和姿态测量系统的柔性杆臂测量方法

摘要

本发明涉及一种基于位置和姿态测量系统的柔性杆臂测量方法，使用高精度主惯性测量单元(主IMU)和低精度子惯性测量单元(子IMU)完成信息测量，首先使用高精度主惯性测量单元获取高精度位置速度姿态信息；其次低精度子惯性测量单元采用基于Rodrigues参数姿态描述的滤波方法进行初始对准，获取动基座下较准确的初始姿态信息；最后使用主惯性测量单元高精度数据信息对子惯性测量单元进行传递对准，得到准确的子系统组合导航信息及主/子惯性测量单元之间的相对空间关系。本发明具有精度高、抗干扰能力强的特点，可用于测量载机存在挠曲变形时多载荷之间的柔性基线长度，提高多载荷之间相对的位置姿态精度。

主权项

一种基于位置和姿态测量系统的柔性杆臂测量方法，其特征在于包括：(1)首先搭建柔性杆臂的试验环境，将高精度主惯性测量单元及多个低精度子惯性测量单元安装在柔性杆臂结构架的对应安装节点上，系统上电；(2)然后高精度主惯性测量单元完成初始对准工作，并采用卡尔曼滤波方法估计出分布式POS主系统的位置、速度、姿态组合导航信息，完成主惯性测量单元组合导航；(3)同时低精度子惯性测量单元采用基于Rodrigues参数姿态描述的滤波方法进行动态基座下初始对准，估计出准确的姿态信息，完成子惯性测量单元初始对准；(4)最后，子惯性测量单元使用步骤(2)中主惯性测量单元高精度组合导航结果，进行传递对准，得到准确的子系统组合导航信息，解算出主惯性测量单元和子惯性测量单元之间准确的基线长度，实现柔性杆臂测量；步骤(2)所述的卡尔曼滤波方法中状态变量X共有18维，包括东北天向的失准角东北天向的速度误差δV_E、δV_N、δV_U，纬度、经度、高度误差δL、δλ、δH，x,y,z三个轴向的陀螺仪常值漂移误差ε_x、ε_y、ε_z，x,y,z三个轴向的加计常值漂移误差Δ_x、Δ_y、Δ_z，x,y,z轴向杆臂长度误差Δr_x、Δr_y、Δr_z；量测量Z是经过杆臂补偿后的位置误差和速度误差，杆臂为GPS与主惯性测量单元之间的刚性杆臂；步骤(3)所述的基于Rodrigues参数姿态描述的滤波方法，利用姿态阵分解，将动态姿态的估计问题转化为一个常值姿态的估计，借助经典Rodrigues参数和姿态阵之间的凯莱变换，建立了在惯性坐标系内描述的二阶非线性的误差模型，采用非线性卡尔曼滤波算法完成更新，估计出较准确的姿态信息。