一種基于干擾估計(jì)的高精度姿態(tài)解算系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于干擾估計(jì)的高精度姿態(tài)解算系統(tǒng)，包括姿態(tài)敏感器、姿態(tài)信息處理板、實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)、姿態(tài)控制模塊和姿態(tài)信息顯示模塊；其中姿態(tài)敏感器用于敏感載體當(dāng)前的姿態(tài)信息，姿態(tài)信息處理板接收姿態(tài)敏感器的量測(cè)數(shù)據(jù)，采用干擾估計(jì)器和魯棒混合多目標(biāo)濾波器的抗干擾濾波算法，對(duì)接收到的原始量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，得到滿(mǎn)足載體精度要求的姿態(tài)解算結(jié)果，并將姿態(tài)解算信息發(fā)送給姿態(tài)控制模塊，實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)接收姿態(tài)控制模塊解算的姿態(tài)控制指令，調(diào)用執(zhí)行機(jī)構(gòu)和姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模塊模擬載體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)通過(guò)姿態(tài)信息顯示模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示功能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于干擾估計(jì)的高精度姿態(tài)解算系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于干擾估計(jì)的高精度姿態(tài)解算系統(tǒng)，能直接應(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)域的姿態(tài)控制回路，又可作為姿態(tài)控制半物理仿真平臺(tái)中的姿態(tài)確定單元來(lái)驗(yàn)證各種抗干擾姿態(tài)的確定。
【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星、航天飛機(jī)、導(dǎo)彈等飛行器為了完成各自所承擔(dān)的任務(wù)，需要對(duì)自身的姿態(tài)進(jìn)行精確地控制，而準(zhǔn)確地確定當(dāng)前姿態(tài)信息是上述飛行器實(shí)現(xiàn)高性能姿態(tài)控制的前提，因此，姿態(tài)解算系統(tǒng)是飛行器的重要組成部分。
[0003]通常的姿態(tài)解算系統(tǒng)主要由姿態(tài)敏感器和相應(yīng)的姿態(tài)信息處理算法即濾波算法組成，因此，姿態(tài)解算的精度取決于姿態(tài)敏感器本身的測(cè)量精度和濾波算法的性能。常用的姿態(tài)敏感器件主要包括陀螺儀、恒星敏感器、太陽(yáng)敏感器、地球敏感器和磁強(qiáng)計(jì)。每一類(lèi)敏感器都有自身的長(zhǎng)處與不足，在實(shí)際的姿態(tài)確定系統(tǒng)中，通常采用濾波算法對(duì)不同類(lèi)型敏感器所測(cè)得的姿態(tài)信息進(jìn)行融合，從而能以較高的精度對(duì)當(dāng)前姿態(tài)進(jìn)行估計(jì)。在對(duì)姿態(tài)敏感器的量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理時(shí)，不可避免地會(huì)受到包括建模誤差、模型參數(shù)攝動(dòng)、敏感器隨機(jī)噪聲在內(nèi)的多源干擾的影響，這些干擾不能被簡(jiǎn)單地歸入高斯噪聲，因此在實(shí)際任務(wù)中，僅能處理高斯噪聲的卡爾曼濾波算法往往無(wú)法滿(mǎn)足姿態(tài)確定系統(tǒng)的精度要求，濾波算法的抗干擾性能越來(lái)越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。同時(shí)為驗(yàn)證某種濾波算法的性能，需要進(jìn)行半物理仿真試驗(yàn)，傳統(tǒng)的半物理仿真需要將陀螺儀精確安裝在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上才能測(cè)量三個(gè)軸的姿態(tài)角速率，而轉(zhuǎn)臺(tái)往往是一套半物理仿真平臺(tái)中最昂貴的裝置，對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的依賴(lài)不但給半物理仿真的操作帶來(lái)不便，而且大大地增加了成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠有效抑制多源干擾影響，可以方便地用于桌面在回路仿真驗(yàn)證的高精度姿態(tài)解算系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種基于干擾估計(jì)的高精度姿態(tài)解算系統(tǒng)，其特征在于包括姿態(tài)敏感器、姿態(tài)信息處理板、實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)、姿態(tài)控制模塊和姿態(tài)信息顯示模塊；其中姿態(tài)敏感器包括陀螺儀、恒星敏感器、太陽(yáng)敏感器和磁強(qiáng)計(jì)，用于敏感載體當(dāng)前的姿態(tài)信息，姿態(tài)信息處理板實(shí)時(shí)接收姿態(tài)敏感器的量測(cè)數(shù)據(jù)，采用結(jié)合了干擾估計(jì)器和魯棒混合多目標(biāo)濾波器的抗干擾魯棒濾波算法，對(duì)接收到的原始量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，得到滿(mǎn)足載體精度要求的姿態(tài)解算結(jié)果，并將姿態(tài)解算信息發(fā)送給姿態(tài)控制模塊，實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)接收姿態(tài)控制模塊解算的姿態(tài)控制指令，調(diào)用實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模塊模擬真實(shí)載體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)通過(guò)姿態(tài)信息顯示模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示的功能；
[0006]所述的結(jié)合了干擾估計(jì)器和魯棒混合多目標(biāo)濾波器的抗干擾魯棒濾波算法的實(shí)現(xiàn)如下:
[0007](1)首先把姿態(tài)敏感器中陀螺儀的漂移作為可建模干擾，建立如下表達(dá)形式的干擾模型:
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種基于干擾估計(jì)的高精度姿態(tài)解算系統(tǒng)，其特征在于:包括姿態(tài)敏感器、姿態(tài)信息處理板、實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)、姿態(tài)控制模塊和姿態(tài)信息顯示模塊；其中姿態(tài)敏感器包括陀螺儀、恒星敏感器、太陽(yáng)敏感器和磁強(qiáng)計(jì)，用于敏感載體當(dāng)前的姿態(tài)信息，姿態(tài)信息處理板實(shí)時(shí)接收姿態(tài)敏感器的量測(cè)數(shù)據(jù)，采用結(jié)合了干擾估計(jì)器和魯棒混合多目標(biāo)濾波器的抗干擾魯棒濾波算法，對(duì)接收到的原始量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，得到滿(mǎn)足載體精度要求的姿態(tài)解算結(jié)果，并將姿態(tài)解算信息發(fā)送給姿態(tài)控制模塊，實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)接收姿態(tài)控制模塊解算的姿態(tài)控制指令，調(diào)用實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模塊模擬真實(shí)載體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)通過(guò)姿態(tài)信息顯示模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示的功能；所述的結(jié)合了干擾估計(jì)器和魯棒混合多目標(biāo)濾波器的抗干擾魯棒濾波算法的實(shí)現(xiàn)如下: (1)首先把姿態(tài)敏感器中陀螺儀的漂移作為可建模干擾，建立如下表達(dá)形式的干擾模型:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于干擾估計(jì)的高精度姿態(tài)解算系統(tǒng)，其特征在于:所述的陀螺儀直接放置在桌面上即可將其所敏感到的姿態(tài)信息傳到姿態(tài)信息處理板中進(jìn)行處理；或安裝在載體上敏感載體當(dāng)前的姿態(tài)信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于干擾估計(jì)的高精度姿態(tài)解算系統(tǒng)，其特征在于姿態(tài)信息處理板主要由嵌入式微處理器、電源模塊、時(shí)鐘模塊、復(fù)位單元、I/o單元、隨機(jī)存儲(chǔ)器、外擴(kuò)存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)接收模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊組成；其中電源模塊通過(guò)穩(wěn)壓芯片產(chǎn)生嵌入式微處理器運(yùn)行時(shí)所需的電壓信號(hào)；時(shí)鐘模塊產(chǎn)生嵌入式微處理器工作所需的時(shí)鐘信號(hào)；復(fù)位單元選用專(zhuān)用復(fù)位芯片連接在嵌入式微處理器的硬件復(fù)位引腳，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位功能；I/o單元通過(guò)將嵌入式微處理器的部分引腳引出，用以擴(kuò)展更多外設(shè)，保證處理板的可擴(kuò)展性；隨機(jī)存儲(chǔ)器用于嵌入式微處理器運(yùn)行數(shù)據(jù)的隨機(jī)存儲(chǔ)；外擴(kuò)存儲(chǔ)器彌補(bǔ)了嵌入式微處理器芯片片內(nèi)SRAM和ROM空間較小的不足；數(shù)據(jù)接收模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊使用串口芯片對(duì)嵌入式微處理器上原有的串口資源進(jìn)行了擴(kuò)充，保證本發(fā)明的姿態(tài)信息處理板能同時(shí)與多個(gè)姿態(tài)敏感器以及實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，在嵌入式微處理器運(yùn)行所述結(jié)合了干擾估計(jì)器和魯棒混合多目標(biāo)濾波器的抗干擾魯棒濾波算法時(shí)，首先根據(jù)載體當(dāng)前的運(yùn)行模式讀取量測(cè)數(shù)據(jù)，而載體當(dāng)前的運(yùn)行模式?jīng)Q定于前一個(gè)解算周期所解算出的載體姿態(tài)角速率，當(dāng)前運(yùn)行模式下進(jìn)行濾波解算所需的姿態(tài)敏感器確定后，微處理器通過(guò)數(shù)據(jù)接收單元以一定的頻率讀 取姿態(tài)敏感器的量測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)所讀取到的姿態(tài)敏感器數(shù)據(jù)有效時(shí)，微處理器先將量測(cè)數(shù)據(jù)解包并進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換，然后調(diào)用抗干擾魯棒濾波算法對(duì)載體當(dāng)前姿態(tài)進(jìn)行估計(jì)，姿態(tài)解算結(jié)果將通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)送單元實(shí)時(shí)發(fā)給實(shí)時(shí)仿真目標(biāo)機(jī)以便實(shí)現(xiàn)顯示及姿態(tài)控制功能。
【文檔編號(hào)】G01C21/20GK103900559SQ201410124597
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月29日
【發(fā)明者】郭雷, 喬建忠, 李文碩, 張培喜, 陳陽(yáng) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)