一种适用于温度冲击的自适应双通道航向保持方法及系统与流程

1.本发明属于罗盘系统航向控制技术领域，具体涉及一种适用于温度冲击的自适应双通道航向保持方法及系统。


背景技术：

2.捷联罗盘系统为了抑制加速度计零位和陀螺漂移对系统航向精度的影响，天向惯性通道中利用罗经效应加入航向阻尼环节，以消除傅科周期和地球周期对航向精度的影响。
3.航向阻尼环节消除了系统故有的无阻尼振荡周期，即舒拉周期，使系统航向误差稳定在常值，常值大小与陀螺漂移相关，稳态误差与陀螺漂移之间的关系为
[0004][0005]
其中为极限误差，εe为东向陀螺漂移，εu为天向陀螺漂移，ω
ie
为地球自转角速率，l为当地纬度，ku为天向陀螺漂移系数，与罗盘回路参数设置有关。
[0006]
导航级罗盘系统的陀螺漂移一般在10-2
～10-3
°
/h左右，但在温度冲击条件下，光纤陀螺零位可能会增大1至2各数量级，达到1～10-1
°
/h,相应的航向误差也会成倍增大，超出指标要求。


技术实现要素：

[0007]
针对现有技术中存在的温度冲击条件下，航向误差会成倍增大，超出指标要求的技术问题，本发明设计了一种适用于温度冲击的自适应双通道航向保持方法及系统，自适应抑制航向误差，提高光纤罗盘系统在温度冲击条件下航向精度的保持能力。
[0008]
本发明解决上述技术问题采用的技术方案如下：
[0009]
本发明提供了一种适用于温度冲击的自适应双通道航向保持方法，包括如下步骤
[0010]
设置罗盘系统罗经回路通道与惯性通道双通道并行计算航向；
[0011]
采集惯导系统温度，对温度进行滤波平滑；
[0012]
计算惯导系统温度变化率；
[0013]
依据温度变化率设置罗经回路通道与惯性通道输出航向的权重，对双通道输出的航向进行加权融合。
[0014]
进一步地，所述温度采用一阶低通滤波，计算方法如下
[0015]
tk＝0.5t
k-1
+0.25sk+0.25s
k-1
[0016]
其中，tk表示平滑后的k时刻温度，sk表示k时刻平滑前的温度。
[0017]
进一步地，所述温度变化率计算方法如下
[0018][0019]
其中，δtk为时间间隔，δtk为δtk时间间隔内的温度变化。
[0020]
进一步地，所述加权融合计算方法如下
[0021]
hf＝wchc+w
inshins
[0022][0023][0024]
其中，hf为融合后的航向，hc为罗经回路通道航向，h
ins
为惯性通道航向，wc为罗经回路通道航向的权重系数，w
ins
为惯性通道航向的权重系数，且wc+w
ins
＝1；σ
t
为温度门限因子；k
t
为速度因子。
[0025]
本发明还提供了一种适用于温度冲击的自适应双通道航向保持系统，采用上述自适应双通道航向保持方法，所述自适应双通道航向保持系统包括
[0026]
航向计算模块，用于计算惯导系统罗经回路通道与惯性通道的航向；
[0027]
温度采集模块，用于采集惯导系统温度，对温度进行滤波平滑；
[0028]
温度处理模块，用于计算惯导系统温度变化率；
[0029]
航向融合模块，用于依据温度变化率设置罗经回路通道与惯性通道输出航向的权重，进行航向加权融合。
[0030]
本发明与现有技术相比的有益效果：
[0031]
本发明提供了一种适用于温度冲击的自适应双通道航向保持方法，对罗经回路航向与惯性通道航向进行加权融合，融合后的航向作为系统航向。罗经回路通道与惯性通道双通道并行计算，在温度稳定情况下，以罗经回路航向作为系统航向；在发生温度冲击条件下，利用惯性通道航向温度漂移速度慢于罗经回路通道的特点，以温度变化率为自适应因子，增加惯性通道航向输出权重，降低了温度冲击对罗盘系统航向误差的影响，有效提高系统航向精度的保持能力。
附图说明
[0032]
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]
图1为本发明具体实施例提供的纯惯性导航航向误差传递框图；
[0034]
图2为本发明具体实施例提供的罗经回路航向误差传递框图。
具体实施方式
[0035]
下面对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
[0036]
在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的
其他细节。
[0037]
本发明提供的一种适用于温度冲击的自适应双通道航向保持方法及系统，其中，双通道指的是罗经回路通道与惯性通道。罗经回路通道与惯性通道双通道并行计算，对双通道航向进行加权融合，以融合后的航向作为惯导系统航向，通过权重控制，降低了温度冲击对罗盘系统航向误差的影响，有效提高系统航向精度的保持能力。
[0038]
为了便于理解，首先本发明的工作原理进行分析。
[0039]
捷联罗盘系统的罗经回路是在纯惯性导航回路基础上，增加反馈、前馈等阻尼网络环节，对天向陀螺漂移进行抑制，来实现航向精度保持的。
[0040]
常规的纯惯性导航航向误差传递框图如图1所示。
[0041][0042]
其中，表示等效北向加速度计零位，εu表示等效天向陀螺漂移，εe表示等效东向陀螺漂移，g表示当前位置的重力加速度，r表示当前位置的地球半径，l表示当前纬度，ω
ie
表示地球自转角速率，为积分算符，ψ
ins
表示纯惯性航向失准角误差，θ
ins
表示纯惯性东向失准角误差。
[0043]
加入阻尼网络后的误差传递框图如图2所示。
[0044][0045]
其中，k1称为罗经回路东向反馈系数，k2称为罗经回路东向前馈系数，k(s)称为罗经回路低通滤波器，ψc表示罗经回路航向失准角误差，θc表示罗经回路东向失准角误差。
[0046]
从公式(1)中可以看出，等效天向陀螺漂移的影响与罗经回路参数有关，通过系统参数设计可以实现ku＜＜1；等效东向陀螺漂移的影响与罗经回路参数无关，只与所处纬度有关，在北纬4
°
时在北纬54
°
时因此系统稳态航向失准角主要由等效东向陀螺漂移贡献。因此，在温度稳定情况下，优选以罗经回路航向作为系统航向。
[0047]
从图1中可以看出，航向误差来源只有天向陀螺漂移，对于高精度惯性导航系统来说，2h内纯惯性导航航向误差可以认为只与等效天向陀螺漂移εu相关，即
[0048][0049]
t为纯惯性导航时间。
[0050]
由上可知，当温度冲击导致系统陀螺漂移增加时，罗经回路航向误差会在短时间内超过纯惯性导航航向误差，因此需要在温度变化速度超出一定范围后，将航向由罗经回路切换为纯惯性通道。
[0051]
作为本发明的一个具体实施方式，提供了一种适用于温度冲击的自适应双通道航向保持方法，包括如下步骤：
[0052]
1.设置罗盘系统罗经回路通道与惯性通道双通道并行计算航向；
[0053]
2.通过惯导系统上的温度传感器采集惯导系统温度，采用一阶低通滤波对温度进行平滑；
[0054]
3.计算惯导系统温度变化率；
[0055]
4.依据温度变化率设置罗经回路通道与惯性通道输出航向的权重，对双通道输出的航向进行加权融合。
[0056]
上述自适应双通道航向保持方法中，双通道输出航向加权融合方法可以采用如下方式：
[0057]
融合后航向记为
[0058]
hf＝wchc+w
inshins
[0059][0060]wins
＝1-wc[0061]
其中，hf为融合后的航向，hc为罗经回路通道航向，h
ins
为惯性通道航向，wc为罗经回路通道航向的权重系数，w
ins
为惯性通道航向的权重系数，且wc+w
ins
＝1；σ
t
为温度门限因子；k
t
为速度因子；dtk为温度变化率。通过合理配置温度门限因子、速度因子，可以对不同类型罗盘系统的航向进行精确、稳定控制，降低了温度冲击对罗盘系统航向误差的影响，有效提高系统航向精度的保持能力。
[0062]
作为本发明的又一个具体实施方式，提供了一种适用于温度冲击的自适应双通道航向保持系统，包括
[0063]
航向计算模块，用于计算惯导系统罗经回路通道与惯性通道的航向；
[0064]
温度采集模块，用于采集惯导系统温度，对温度进行滤波平滑；
[0065]
温度处理模块，用于计算惯导系统温度变化率；
[0066]
航向融合模块，用于依据温度变化率设置罗经回路通道与惯性通道输出航向的权重，进行航向加权融合。
[0067]
作为本发明的再一具体实施方式，提供了一种适用于温度冲击的自适应双通道航向保持方法，具体如下：
[0068]
对惯导系统温度进行平滑，以消除噪声和量化误差对温变率计算的影响，采用一阶低通滤波
[0069]
tk＝0.5t
k-1
+0.25sk+0.25s
k-1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0070]
其中，tk表示平滑后的k时刻系统温度，sk表示k时刻平滑前的温度传感器输出值。
[0071]
惯导系统温变率计算公式为
[0072][0073]
其中δtk为温度差值计算时间间隔，δtk为δtk时间间隔内的温度变化。
[0074]
温变率小，则罗经回路航向精度越高，系统应优先使用罗经回路航向hc；温变率越大，则陀螺漂移误差越大，惯性通道航向精度相对越高，系统应优先使用惯性通道航向h
ins
。因此对两个通道输出的航向进行加权融合
[0075]
hf＝wchc+w
inshins
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0076]
其中hf为融合后的航向，wc为罗经回路航向的权重系数，w
ins
为惯性通道航向的权重系数，且有wc+w
ins
＝1。
[0077]
权重系数的计算方法为
[0078][0079]
其中，σ
t
为温度门限因子，当温度变化率小于σ
t
时，以罗经回路航向作为系统航向输出；k
t
为速度因子，当温度变化率高于门限σ
t
时，wc逐渐趋于0，k
t
,决定了wc趋近于0的速度。
[0080]
本发明提供了温度冲击条件下航向保持的自适应算法，对罗经回路航向与惯性通道航向进行加权融合，融合后的航向作为系统航向。罗经回路通道与惯性通道双通道并行计算，在温度稳定情况下，以罗经回路航向作为系统航向；在发生温度冲击条件下，利用惯性航向温度漂移速度慢于罗经回路的特点，以温度变化率为自适应因子，增加惯性通道航向输出权重，降低了温度冲击对罗盘系统航向误差的影响，有效提高系统航向精度的保持能力。
[0081]
如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
[0082]
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
[0083]
这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
[0084]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0085]
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

技术特征：
1.一种适用于温度冲击的自适应双通道航向保持方法，其特征在于，包括如下步骤设置罗盘系统罗经回路通道与惯性通道双通道并行计算航向；采集惯导系统温度，对温度进行滤波平滑；计算惯导系统温度变化率；依据温度变化率设置罗经回路通道与惯性通道输出航向的权重，对双通道输出的航向进行加权融合。2.根据权利要求1所述的自适应双通道航向保持方法，其特征在于，所述温度采用一阶低通滤波，计算方法如下t
k
＝0.5t
k-1
+0.25s
k
+0.25s
k-1
其中，t
k
表示平滑后的k时刻温度，s
k
表示k时刻平滑前的温度。3.根据权利要求2所述的自适应双通道航向保持方法，其特征在于，所述温度变化率计算方法如下其中，δt
k
为时间间隔，δt
k
为δt
k
时间间隔内的温度变化。4.根据权利要求3所述的自适应双通道航向保持方法，其特征在于，所述加权融合计算方法如下h
f
＝w
c
h
c
+w
ins
h
ins
w
ins
＝1-w
c
其中，h
f
为融合后的航向，h
c
为罗经回路通道航向，h
ins
为惯性通道航向，w
c
为罗经回路通道航向的权重系数，w
ins
为惯性通道航向的权重系数，且w
c
+w
ins
＝1；σ
t
为温度门限因子；k
t
为速度因子。5.一种适用于温度冲击的自适应双通道航向保持系统，其特征在于，采用权利要求1～4中任一项所述的自适应双通道航向保持方法，所述自适应双通道航向保持系统包括航向计算模块，用于计算惯导系统罗经回路通道与惯性通道的航向；温度采集模块，用于采集惯导系统温度，对温度进行滤波平滑；温度处理模块，用于计算惯导系统温度变化率；航向融合模块，用于依据温度变化率设置罗经回路通道与惯性通道输出航向的权重，进行航向加权融合。

技术总结
本发明提供了一种适用于温度冲击的自适应双通道航向保持方法及系统，该方法包括设置罗盘系统罗经回路通道与惯性通道双通道并行计算航向；采集惯导系统温度，对温度进行滤波平滑；计算惯导系统温度变化率；依据温度变化率设置罗经回路通道与惯性通道输出航向的权重，对双通道输出的航向进行加权融合。本发明通过自适应双通道航向算法，自适应抑制航向误差，提高光纤罗盘系统在温度冲击条件下航向精度的保持能力。度的保持能力。度的保持能力。


技术研发人员：周祖洋 庄广琛 郭玉胜 宋雅兰 邓继权
受保护的技术使用者：北京自动化控制设备研究所
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/10/11