300字范文,内容丰富有趣,生活中的好帮手!
300字范文 > 捷联惯导系统学习7.5(简化的捷联惯导算法及误差方程 )

捷联惯导系统学习7.5(简化的捷联惯导算法及误差方程 )

时间:2023-09-25 02:27:22

相关推荐

捷联惯导系统学习7.5(简化的捷联惯导算法及误差方程 )

即MEMS惯性器件的校准方法,只在几分钟内的精度有效。

简化的捷联惯导算法及误差方程

在MEMS中,陀螺仪精度为0.1。/s0.1^。/s0.1。/s量级,加速度计为5mg5mg5mg量级,由于陀螺仪精度过低无法,获得地球自转信息,需要对陀螺仪捷联惯导更新算法进行简化:

简化的姿态更新算法为:

。:四元数乘法P。Q=[p0−p1−p2−p3p1p0−p3−p2p2p3p0−p1p3−p2p1−p0][q0q1q2q3]=MPQ。:四元数乘法\\ P。Q=\left[\begin{matrix} p_0&-p_1&-p_2&-p_3\\p_1&p_0&-p_3&-p_2\\ p_2&p_3&p_0&-p_1\\p_3&-p_2&p_1&-p_0\\ \end{matrix}\right]\left[\begin{matrix} q_0\\q_1\\q_2\\q_3 \end{matrix}\right]=M_PQ。:四元数乘法P。Q=⎣⎢⎢⎡​p0​p1​p2​p3​​−p1​p0​p3​−p2​​−p2​−p3​p0​p1​​−p3​−p2​−p1​−p0​​⎦⎥⎥⎤​⎣⎢⎢⎡​q0​q1​q2​q3​​⎦⎥⎥⎤​=MP​Q

Qb(m)n:tm时刻的姿态变化四元数Q_{b{(m)}}^n:t_m时刻的姿态变化四元数Qb(m)n​:tm​时刻的姿态变化四元数

Qb(m)b(m−1):tm−1到tm时刻的姿态四元数变换Q_{b(m)}^{b(m-1)}:t_{m-1}到t_m时刻的姿态四元数变换Qb(m)b(m−1)​:tm−1​到tm​时刻的姿态四元数变换

Δθm=[tm−1,tm]时间内角增量\Delta\theta_m=[t_{m-1},t_m]时间内角增量Δθm​=[tm−1​,tm​]时间内角增量

Qb(m)n=Qb(m−1)n。Qb(m)b(m−1)Qb(m)b(m−1)=[cosΔθm2Δ∣θm∣ΔθmsinΔθm2]Q_{b{(m)}}^n=Q_{b{(m-1)}}^n。Q_{b(m)}^{b(m-1)}\\ Q_{b(m)}^{b(m-1)}=\left[\begin{matrix} cos \frac{\Delta \theta_m}{2}\\\frac{\Delta| \theta_m|}{\Delta \theta_m}sin\frac{\Delta \theta_m}{2} \end{matrix}\right]Qb(m)n​=Qb(m−1)n​。Qb(m)b(m−1)​Qb(m)b(m−1)​=[cos2Δθm​​Δθm​Δ∣θm​∣​sin2Δθm​​​]

对于中低速的运载体,一般地速v<100m/sv<100m/sv<100m/s,在惯导比力方程中,(2wien+wenn)×vn≈1×10−3(2w^n_{ie}+w^n_{en})×v^n\approx 1×10^{-3}(2wien​+wenn​)×vn≈1×10−3远小于传感器本身误差,因此将速度更新方程简化为:

vmn:为tm时刻的惯导速度Cb(m−1)n:与四元数Qb(m−1)n对应的姿态阵v^n_m:为t_m时刻的惯导速度\\ C^n_{b(m-1)}:与四元数Q^n_{b(m-1)}对应的姿态阵vmn​:为tm​时刻的惯导速度Cb(m−1)n​:与四元数Qb(m−1)n​对应的姿态阵

Δvm:在时间[tm−1,tm]时刻内的增量,加速度输出×采样周期\Delta v_m:在时间[t_{m-1},t_m]时刻内的增量,加速度输出×采样周期Δvm​:在时间[tm−1​,tm​]时刻内的增量,加速度输出×采样周期

vmn=vm−1n+Δvsf(m)n+gnTsΔvsf(m)n=Cb(m−1)n(Δvm+12Δθm×Δvm)v^n_m=v^n_{m-1}+\Delta v^n_{sf(m)}+g^nT_s\\ \Delta v^n_{sf(m)}=C^n_{b(m-1)}(\Delta v_m+\frac{1}{2}\Delta \theta_m×\Delta v_m)vmn​=vm−1n​+Δvsf(m)n​+gnTs​Δvsf(m)n​=Cb(m−1)n​(Δvm​+21​Δθm​×Δvm​)

一般MEMS在小范围内移动(几千米内),可以选择当地直角坐标系作为导航参考坐标系(n系),与地球表面固联,导航起始点为坐标原点,oxn,oyn,oznox_n,oy_n,oz_noxn​,oyn​,ozn​分别指向东向、北向、天向,得到导航定位的微分方程为:

pmn=pm−1n+vm−1n+vmn2Tsp˙n=vnpmn=[xmymzm]Tp^n_m=p^n_{m-1}+\frac{v^n_{m-1}+v^n_m}{2}T_s\\ \dot p^n=v^n\\ p^n_m=\left[\begin{matrix} x_m&y_m&z_m \end{matrix}\right]^T\\ pmn​=pm−1n​+2vm−1n​+vmn​​Ts​p˙​n=vnpmn​=[xm​​ym​​zm​​]T

得到低精度惯导系统方程为:

wgb:陀螺仪角速率白噪声w^b_g:陀螺仪角速率白噪声wgb​:陀螺仪角速率白噪声

wab:加度计比力白噪声w^b_a:加度计比力白噪声wab​:加度计比力白噪声

τai:时间常数i=x,y,z\tau_{ai}:时间常数i=x,y,zτai​:时间常数i=x,y,z

τgi:时间常数i=x,y,z\tau_{gi}:时间常数i=x,y,zτgi​:时间常数i=x,y,z

wraib:一阶马尔可夫过程白噪声w^b_{rai}:一阶马尔可夫过程白噪声wraib​:一阶马尔可夫过程白噪声

wrgib:一阶马尔可夫过程白噪声w^b_{rgi}:一阶马尔可夫过程白噪声wrgib​:一阶马尔可夫过程白噪声

ξrb=[ξrxbξrybξrzb]T:陀螺仪的一阶马尔可夫过程误差,allan方差分析\xi_r^b=\left[\begin{matrix} \xi_{rx}^b&\xi_{ry}^b&\xi_{rz}^b \end{matrix}\right]^T:陀螺仪的一阶马尔可夫过程误差,allan方差分析ξrb​=[ξrxb​​ξryb​​ξrzb​​]T:陀螺仪的一阶马尔可夫过程误差,allan方差分析

ξrb=[▽rxb▽ryb▽rzb]T:加速仪的一阶马尔可夫过程误差\xi_r^b=\left[\begin{matrix} \bigtriangledown_{rx}^b&\bigtriangledown_{ry}^b&\bigtriangledown_{rz}^b \end{matrix}\right]^T:加速仪的一阶马尔可夫过程误差ξrb​=[▽rxb​​▽ryb​​▽rzb​​]T:加速仪的一阶马尔可夫过程误差

ϕ˙=−Cbn(ξrb+wgb)δv˙n=fsfn×ϕ+Cbn(▽rb+wab)δp˙n=δvn\dot \phi=-C^n_b(\xi^b_r+w^b_g)\\ \delta \dot v^n=f^n_{sf}×\phi+C^n_b(\bigtriangledown^b_r+w^b_a)\\ \delta \dot p^n=\delta v^nϕ˙​=−Cbn​(ξrb​+wgb​)δv˙n=fsfn​×ϕ+Cbn​(▽rb​+wab​)δp˙​n=δvn

ξ˙rib=−1τgiξrib+wrgib▽˙rxb=1τai▽rib+wraibi=x,y,z\dot \xi^b_{ri}=-\frac{1}{\tau_{gi}}\xi^b_{ri}+w^b_{rgi}\\ \dot\bigtriangledown_{rx}^b=\frac{1}{\tau_{ai}}\bigtriangledown_{ri}^b+w^b_{rai}\\ i=x,y,zξ˙​rib​=−τgi​1​ξrib​+wrgib​▽˙​rxb​=τai​1​▽rib​+wraib​i=x,y,z

一阶马尔可夫过程的作用:

(1):一阶马尔卡夫过程可在长时间组合滤波后,避免滤波器过度收敛,防止过渡收敛导致抗干扰性弱

(2):如果惯性传感器中误差存在较大随机常值成分,可通过滤波器的传感器误差反馈矫正,消除随机常值误差影响

本内容不代表本网观点和政治立场,如有侵犯你的权益请联系我们处理。
网友评论
网友评论仅供其表达个人看法,并不表明网站立场。