我對捷聯慣導的認識....

捷聯慣導的描述

1、四個概念:“地理”座標系、“機體”座標系、他們之間換算公式、換算公式用的係數。

地理座標系:東、北、天,以下簡稱地理。在這個座標系裏有重力永遠是(0,0,1g),地磁永遠是(0,1,x)(地磁的垂直不關心)兩個三維向量。
機體座標系:以下簡稱機體,上面有陀螺、加計、電子羅盤傳感器,三個三維向量。
換算公式:以下簡稱公式,公式就是描述機體姿態的表達方法,一般都是用以地理爲基準,從地理換算到機體的公式,有四元數、歐拉角、方向餘弦矩陣。
換算公式的係數:以下簡稱係數,四元數的q0123、歐拉角的ROLL/PITCH/YAW、餘弦矩陣的9個數。係數就是描述機體姿態的表達方法的具體數值。

姿態,其實就是公式+係數的組合,一般經常用人容易理解的公式“歐拉角”表示,係數就是橫滾xx度俯仰xx度航向xx度。

2、五個數據源:重力、地磁、陀螺、加計、電子羅盤,前兩個來自地理,後三個來自機體。

3、陀螺向量:基於機體,也在機體上積分,因爲地理上無參考數據源,所以很獨立,直接在公式的老係數上積分,得到新系數。
狹義上的捷聯慣導算法,就是指這個陀螺積分公式,也分爲歐拉角、方向餘弦矩陣、四元數,他們的積分算法有增量法、數值積分法(X階龍格-庫塔)等等

4、加計向量、重力向量:加計基於機體,重力基於地理,重力向量(0,0,1g)用公式換算到機體,與機體的加計向量算出誤差。理論上應該沒有誤差,這誤差逆向思維一下,其實就是換算公式的係數誤差。所以這誤差可用於糾正公式的係數(橫滾、俯仰),也就是姿態。

5、電子羅盤向量、地磁向量:同上,只不過要砍掉地理上的垂直向量,因爲無用。只留下地理水平面上的向量。誤差可以用來糾正公式的係數(航向)。

6、就這樣,係數不停地被陀螺積分更新,也不停地被誤差修正,它和公式所代表的姿態也在不斷更新。
如果用積分和修正,最後用歐拉角輸出控制PID(因爲角度比較直觀),那就需要有個四元數係數到歐拉角係數的轉換。常用的三種公式,它們之間都有轉換算法。

再搞個直白一點的例子:
機體好似一條船,地理就是那地圖,姿態就是航向(船頭在地圖上的方位),重力和地磁是地圖上的燈塔,陀螺/積分公式是舵手,加計和電子羅盤是瞭望手。
舵手負責估計和把穩航向,他相信自己,本來船向北開的,就一定會一直往北開,覺得轉了90度彎,那就會往東開。
當然如果舵手很牛逼,也許能估計很準確,維持很長時間。不過只信任舵手,肯定會迷路,所以一般都有地圖和瞭望手來觀察誤差。
瞭望手根據地圖燈塔方位和船的當前航向,算出燈塔理論上應該在船的X方位。然而看到實際燈塔在船的Y方位,那肯定船的當前航向有偏差了,偏差就是ERR=X-Y。
舵手收到瞭望手給的ERR報告,覺得可靠,那就聽個90%*ERR,覺得天氣不好、地圖誤差大,那就聽個10%*ERR,根據這個來糾正估算航向。。
 

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