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双轴平台定向系统坐标系及方位角误差修正方法

阅读：457发布：2021-03-02

IPRDB可以提供双轴平台定向系统坐标系及方位角误差修正方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了双轴平台定向系统坐标系及方位角误差修正方法，包括：获取导航坐标系；获取转变压器读角ψxb；基于ψxb及球面三角形法计算方位角的主角ψ；将方位角的主角ψ进行映射得到修正后的方位角。从而消除了倾斜状态下方位角输出误差，实现了准确的定位定向。，下面是双轴平台定向系统坐标系及方位角误差修正方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.双轴平台定向系统坐标系及方位角误差修正方法，其特征在于，包括：获取导航坐标系；

获取转变压器读角ψxb；

基于ψxb及球面三角形法计算方位角的主角ψ；

将方位角的主角ψ进行映射得到修正后的方位角。

2.如权利要求1所述的双轴平台定向系统坐标系及方位角误差修正方法，其特征在于，导航坐标系中：载体纵轴在水平面的投影与地理子午线之间的夹角为方位角，用ψ表示，以地理北向为起点，偏东为正，定义域为0～360°；

载体纵轴与纵向水平轴之间的夹角为俯仰角，用θ表示，以纵向水平轴为起点，抬头为正，低头为负，定义域-90°～+90°；

载体纵向对称面与纵向铅垂面之间的夹角为横滚角，用γ表示，从铅垂面算起，右倾向下为正，左倾向下为负，定义域-180°～+180°。

3.如权利要求1所述的双轴平台定向系统坐标系及方位角误差修正方法，其特征在于，将ψxb、θ及γ带入ctan(90°+ψxb)sin(90°+θ)＝sin(90°-γ)ctan(90°+ψ)-cos(90°-γ)cos(90°+θ)；

求得

反求得到

说明书全文

双轴平台定向系统坐标系及方位角误差修正方法

技术领域

[0001] 本发明涉及惯性导航技术领域，具体涉及双轴平台定向系统坐标系及方位角误差修正方法。

背景技术

[0002] 双轴平台定向系统是具有水平姿态和方位角输出功能的定位定向系统，已经广泛应用于坦克等地面战车。系统是在双轴平台基础上增加两个加速度计俯仰加速度计和横滚加速度计，及相应回路,分别在两个位置完成对准，联立两次对准方程就可以解算出方位角和陀螺漂移。全过程由计算机进行控制并由其对陀螺进行漂移补偿。这样，在平台结构上既无须做大的改动，达到了节省成本，减小体积和重量的目的，又通过测漂补偿提高了系统的精度。另外，加速度计的安装增加了陀螺安装轴的惯性矩，提高了与镜轴的惯性比，有利于平台稳定精度的提高。

[0003] 该系统已经应用很多年，应用范围也很广，然而，如图1，双轴平台定向系统只有一个双轴机电陀螺仪，陀螺仪的转子轴z轴水平放置，x、y测量轴垂直于转子轴。双轴平台主要应用动调陀螺的定轴性，在此选用角动量比较大的动调陀螺。当载体相对惯性空间有角运动时，保持陀螺z轴指向惯性空间不变，平台相对载体转动的角度由旋转变压器测出。为使陀螺z轴始终平行于地理水平面，在平台内环上安装敏感元件(加速度计)，感测陀螺z轴相对地理平面的偏角，并转换成电信号经过放大驱动水平修正力矩电机，使陀螺绕平台内环轴进动，保持陀螺Z轴水平，该系统的方位角是通过固联载体的Z轴上方位轴上的旋转变压器输出的，但是当方位旋转变压器不保持水平，即有倾斜角度时，旋转变压器输出与真实方位角就产生了投影误差。

[0004] 因此，如何解决因为修正旋转变压器输出与真实方位角就产生的投影误差，实现准确的定位定向，成为了本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

[0005] 针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：解决因为修正旋转变压器输出与真实方位角就产生的投影误差，实现准确的定位定向。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

[0007] 双轴平台定向系统坐标系及方位角误差修正方法，包括：

[0008] 获取导航坐标系；

[0009] 获取转变压器读角ψxb；

[0010] 基于ψxb及球面三角形法计算方位角的主角ψ；

[0011] 将方位角的主角ψ进行映射得到修正后的方位角。

[0012] 优选地，导航坐标系中：

[0013] 载体纵轴在水平面的投影与地理子午线之间的夹角为方位角，用ψ表示，以地理北向为起点，偏东为正，定义域为0～360°；

[0014] 载体纵轴与纵向水平轴之间的夹角为俯仰角，用θ表示，以纵向水平轴为起点，抬头为正，低头为负，定义域-90°～+90°；

[0015] 载体纵向对称面与纵向铅垂面之间的夹角为横滚角，用γ表示，从铅垂面算起，右倾向下为正，左倾向下为负，定义域-180°～+180°

[0016] 优选地，将ψxb、θ及γ带入

[0017] ctan(90°+ψxb)sin(90°+θ)＝sin(90°-γ)ctan(90°+ψ)-cos(90°-γ)cos(90°+θ)；

[0018] 求得

[0019]

[0020] 反求得到

[0021]

[0022] 综上所述，本发明公开了双轴平台定向系统坐标系及方位角误差修正方法，包括：获取导航坐标系；获取转变压器读角ψxb；基于ψxb及球面三角形法计算方位角的主角ψ；将方位角的主角ψ进行映射得到修正后的方位角。从而消除了倾斜状态下方位角输出误差，实现了准确的定位定向。

附图说明

[0023] 为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

[0024] 图1为本发明中的双轴平台定向系统的环架结构图；

[0025] 图2为本发明中的导航坐标系示意图；

[0026] 图3为本发明中的旋转变压器角度与方位角偏差示意图；

[0027] 图4为本发明中的LPM球面三角形示意图。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

[0029] 本发明公开了双轴平台定向系统坐标系及方位角误差修正方法，包括：

[0030] 获取导航坐标系；

[0031] 获取转变压器读角ψxb；

[0032] 基于ψxb及球面三角形法计算方位角的主角ψ；

[0033] 将方位角的主角ψ进行映射得到修正后的方位角。

[0034] ψ为方位角的主角，需要按方位角的定义映射到4个象限中去。得出修正后的方位角。其中，按方位角的定义映射到4个象限中修正求方位角为先有技术，在此不再赘述。

[0035] 如图1所示，双轴平台定向系统组成：一个双轴机电陀螺仪(G)；3个加速度计(A)，两个固定在载体上不能动，1个在陀螺自转轴后面；两个力矩电机(Mx、My)；一个旋转变压器(R)，固定在载体上不能动。

[0036] 将陀螺仪G和加速度计A放置在平台上，平台可以在两个电机Mx和Mz的驱动下绕X、Z两个轴转动。陀螺自转轴后面的加速度计A的作用像一只摆，用来修平陀螺仪的旋转轴到水平面上，内环在电机Mx的驱动下转动。外环在电机Mz的驱动下转动，转动角由旋转变压器R指示。

[0037] 放置陀螺仪G和加速度计A的平台可以在两个电机Mx和Mz的驱动下绕X、Z两个轴转动。陀螺后面的加速度计A的作用像一只摆，用来修平陀螺仪的旋转轴到水平面上。外环在电机Mz的驱动下转动，转动角由旋转变压器R指示。

[0038] 双轴平台定向系统只有一个动调陀螺，陀螺的转子轴z轴水平放置，x，y测量轴垂直于转子轴。双轴平台主要应用动调陀螺的定轴性，在此选用角动量比较大的动调陀螺。当载体相对惯性空间有角运动时，保持陀螺z轴指向惯性空间不变，平台台体相对载体转动的角度由旋转变压器测出。为使陀螺z轴始终平行于地理水平面，在平台内环上安装敏感元件(加速度计)，感测陀螺z轴相对地理平面的偏角，并转换成电信号经过放大驱动水平修正力矩电机，使陀螺绕平台内环轴进动，保持陀螺Z轴水平，该系统的方位角是通过固联载体的Z轴上方位轴上的旋转变压器输出的，但是当方位旋转变压器不保持水平，即有倾斜角度时，旋转变压器输出与真实方位角就产生了投影误差，所以需要对旋转变压器输出的方位角度误差进行修正。

[0039] 而本发明采用上述方法消除了倾斜状态下方位角输出误差，进而实现了准确的定位定向。

[0040] 具体实施时，导航坐标系中：

[0041] 载体纵轴在水平面的投影与地理子午线之间的夹角为方位角，用ψ表示，以地理北向为起点，偏东为正，定义域为0～360°；

[0042] 载体纵轴与纵向水平轴之间的夹角为俯仰角，用θ表示，以纵向水平轴为起点，抬头为正，低头为负，定义域-90°～+90°；

[0043] 载体纵向对称面与纵向铅垂面之间的夹角为横滚角，用γ表示，从铅垂面算起，右倾向下为正，左倾向下为负，定义域-180°～+180°

[0044] 如图2所示，导航坐标系旋转次序：ZXY。

[0045]

[0046] 各角度及正方向定义：(地理坐标系：东北天，载体坐标系：右前上)[0047] 具体实施时，将ψxb、θ及γ带入

[0048] ctan(90°+ψxb)sin(90°+θ)＝sin(90°-γ)ctan(90°+ψ)-cos(90°-γ)cos(90°+θ)；

[0049] 求得

[0050]

[0051] 反求得到

[0052]

[0053] 由上述可知，双轴平台定向系统旋转变压器固定载体上不会随着陀螺调平而调平，那么在载体倾斜横滚的时候，旋转变压器的角度和实际的方位角不一致，直接用旋转变压器的角度代替方位角就存在方位角误差，即旋转变压器角度与方位角不一致，如图3所示。旋转变压器输出旋转变压器读角ψxb。图3中点LPM构成一个球面三角形，其示意图如图4所示。根据球面三角形法可推导出真实的方位角。

[0054] 根据球面三角形四元素公式有：

[0055] ctan(L)sin(P)＝sin(m)ctan(l)-cos(m)cos(P)、

[0056] 将测得的各角度带入球面三角形四元素公式，即可得到上述计算公式。

[0057] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

标题	发布/更新时间	阅读量
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机器人坐标系转换方法-专利编号CN109262607A	2020-05-13	624
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