基于光纖陀螺的光電平臺姿態檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光電檢測領域，是一種基于光纖陀螺的光電平臺姿態檢測方法。該方 法利用安裝在光電平臺上的慣性測量器件組成的測量單元，實現軍用光電平臺的姿態檢 測。
【背景技術】
[0002] 隨著信息技術、智能彈藥、遠程打擊等技術的發展，各種光電平臺系統已經進入了 信息化階段。因此，對武器系統的打擊精度、攻擊距離、信息共享、反應時間、機動能力都提 出更高的要求。傳統光電平臺系統，只在停下來進行目標觀察瞄準時能保障精度，而動態情 況下的精度難以滿足指標要求。因此，為這些光電平臺系統提供姿態信息，配備姿態測量系 統是一個重要的解決方案。
[0003] 光電平臺必須要了解自身載體的方位角、俯仰角和側傾角等姿態信息，然后才能 為光電系統觀察目標、確定目標位置和方位、鎖定目標，提供精確的修正量；尤其是間接瞄 準觀察目標時，它可以根據前方觀察者、后方使用者、目標位置等信息，調整平臺的姿態，間 接測量出目標的地理信息。
[0004] 通過姿態測量系統精確測出光電平臺在運動中的方位角度、姿態角度等信息，使 觀察人員能夠獲得良好的觀瞄、操作能力，進行目標鎖定。同時，可以將光電平臺的運動數 據發送到其它信息單元，用于進行各種補償解算，提高觀瞄精度。
[0005] 姿態測量及為觀瞄線相結合具有明顯優勢：首先，高精度陀螺穩定的光電平臺漂 移量小；其次，動態穩定性能好，可以實現自動目標跟蹤功能，觀瞄裝置可以在行進中穩定 的跟蹤目標。我國該項技術的發展與國外還有較大的差距，因此，需要提出新的姿態測量方 法，為新型光電穩定平臺在各種載體平臺的發展提供原理分析和技術支撐。
【發明內容】
[0006] 本發明針對光電穩定平臺的姿態檢測和在未來裝備中的使用問題，面向光電穩定 平臺的姿態檢測需求，提供一種基于光纖陀螺的光電平臺姿態檢測方法。
[0007] 本發明的技術方案為：
[0008] 所述一種基于光纖陀螺的光電平臺姿態檢測方法，其特征在于：采用正交安裝的 三只光纖陀螺及正交安裝的三只加速度計組成頂U組件，MU組件安裝在光電平臺上，且 IMU組件能夠繞光電平臺方位軸和俯仰軸轉動，并用過以下步驟進行光電平臺姿態檢測：
[0009] 步驟1 :對MU組件進行初始對準：
[0010] 控制MU組件繞光電平臺方位軸轉動，得到MU組件轉動0度，90度，180 度和270度時刻的輸出：0度位置三個陀螺輸出[網;1 巧?]和三個加速度計輸 出[./；f /If丨1 ]，90度位置三個陀螺輸出[6?2 叫，2 ]和三個加速度計輸出
[./if W2 ]，180度位置三個陀螺輸出[< < <]和三個加速度計輸出 LG3 ./；f ./；f]，270度位置三個陀螺輸出K4 和三個加速度計輸出
[A4 A4 ^4];并得到頂U組件當前姿態和方位角度為：
【主權項】
1. 一種基于光纖陀螺的光電平臺姿態檢測方法，其特征在于：采用正交安裝的三只光 纖陀螺及正交安裝的三只加速度計組成MU組件，MU組件安裝在光電平臺上，并用過以下 步驟進行光電平臺姿態檢測： 步驟1 :對MU組件進行初始對準： 控制MU組件繞光電平臺方位軸轉動，得到MU組件轉動O度，90度，180度和270度時 刻的輸出：〇度位置三個陀螺輸出?41]和三個加速度計輸出[C1 .g1尨1]， 90度位置三個陀螺輸出6?2]和三個加速度計輸出[./；f W2 ./；f]，180度位 置三個陀螺輸出[</ 碎f]和三個加速度計輸出[K 3 ./;f ./；f]，270度位置三個陀 螺輸出[<4 <4]和三個加速度計輸出[./T ./,Γ ./T];并得到頂U組件當前姿態 和方位角度為： '1
一 其中L是光電平臺所處的煒度，g為重力加速度，Wie為地球的自轉角速率； 建立MU組件的初始捷聯矩陣Cl/t/0:
并對四元數矩陣Q = [qci Q1 q2 q3]進行初始化： q〇= cos ( α /2) cos ( β /2) cos ( γ /2) -sin ( α /2) sin ( β /2) sin ( γ /2), Q1= cos ( α /2) sin ( β /2) cos ( γ /2) +sin ( α /2) cos ( β /2) sin ( γ /2)， q2= cos ( α /2) cos ( β /2) sin ( γ /2) -sin ( α /2) sin ( β /2) cos ( γ /2)， q3= -sin ( α /2) cos ( β /2) cos ( γ /2) +cos ( α /2) sin ( β /2) sin ( γ /2)； 在初始對準后，光電穩定平臺的方位角α2、俯仰角度為β2、傾斜角度γ2與頂U組件 的方位角α、俯仰角度為β、傾斜角度γ對應相同； 步驟2 :采用以下步驟對初始對準后的IMU組件進行方位和姿態測量： 步驟2. 1 :根據三個陀螺在當前采樣周期的測量數據ω?= [ω ω?ζ]以及在 上一采樣周期的測量數據ωε1= [ω elx ?ely ωε1ζ]，得到角度增量Ε1，Ε2: El = (ωβ1-ω?η) Xh, Ε2 = (ωβ2-ω?η) Xh 其中h為采樣周期，《in通過以下公式計算：
Vx為光電平臺相對大地坐標系的東向運動速度，V y為光電平臺相對大地坐標系的北向 運動速度，R為地球半徑； 步驟2. 2:根據角度增量E1，E2計算向量# = &也]:
φ = Ε\ + Ε2 + -Ε\χΕ2 3 得到四元數增量⑶= [cc ，其中向量模值 步驟2. 3 :根據得到的四元數增量Qh更新四元數： Qk= Qk-i · Qh 其中Qlrt為上一采樣周期得到的四元數，Qk為當前采樣周期更新后的四元數，Qk= [q〇k Qik q2k q3k]； 步驟2. 4 :根據更新后的四元數Qk得到當前采樣周期MU組件的捷聯矩陣：
步驟2. 5 :根據當前采樣周期MU組件的捷聯矩陣得到當前采樣周期MU組件的方位 角度和姿態角度：
步驟3 :采用以下步驟測量光電平臺方位和姿態測量： 步驟3. 1 :由光電平臺得到當前采樣周期MU組件相對光電平臺的方位角度a lk、俯仰 角度β lk，計算從頂U組件到光電平臺的姿態轉換矩陣:
進一步得到當前采樣周期光電平臺相對大地坐標系的捷聯矩陣<^,_=<^?ω_((^?ω/; 步驟3. 2 :根據當前采樣周期光電平臺相對大地坐標系的捷聯矩陣Cbk得到當前采樣 周期光電平臺的方位角度和姿態角度： 俯仰角度：L= SirT1(CbkGJ)),
【專利摘要】本發明提出一種基于光纖陀螺的光電平臺姿態檢測方法，采用正交安裝的三只光纖陀螺及正交安裝的三只加速度計組成IMU組件，IMU組件安裝在光電平臺上，且IMU組件能夠繞光電平臺俯仰軸和方位軸轉動上，跟隨俯仰軸運動。姿態測量系統通過采樣IMU的輸出信號，解算得到IMU的空間方位角度、姿態角度。再通過光電穩定平臺的方位軸和俯仰軸的測角機構，測出姿態測量系統相對光電穩定平臺的相對空間關系，計算獲得光電穩定平臺的方位角度、姿態角度。
【IPC分類】G01C21-18
【公開號】CN104634346
【申請號】CN201510078683
【發明人】賀峻峰, 張建峰, 許開鑾, 李穎娟, 朱建軍, 康婷颋, 陳紅, 康臻, 周國良, 梁慶仟, 楊萌, 張夏江, 易科, 陳潁
【申請人】西安應用光學研究所
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月13日