飞行体姿态测量误差校正方法研究.pdf

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1、飞行体姿态测量误差校正方法研究曹平军。等StudyontheErrorCorrectionMethodfortheAttitudeMeasurementofFlightBody曹平穹饧吕缓互晓碑旅洛渡(中船重工第710研究所，湖北宜昌443000)摘要：为减小三轴GMR磁传感器和飞行体周围复杂的电磁环境带来的姿态角测量误差，利用地磁测姿法推导出俯仰角和滚转角的解算公式。为简化数据测量的复杂度，在零点误差、灵敏度误差、非正交性误差修正的基础上，采用一种改进的最小二乘法求解补偿系数。为减小随机磁干扰，提出去极值的滑动平均滤波算法。经无磁转台试验证明，该误差校正方法可极大提高俯仰角和滚转角的测量精

2、度。关键词：姿态测量俯仰角滚转角误差分析补偿算法中图分类号：TP216+．1文献标志码：AAbstract：Inordertodecreasetheelrorofattitudemeasurementcausedbytheelectro—magneticenvironmentaround3-axisGMRmagneticsensorandtheflightbody，theformulasolverforpitchingangleandmUingndeisderivedbyadoptinggeomagneticattitudemeasuringmethod．Onthebasisofcorrec

3、tionsofzeroeITor。sensitivityerror-andnon-orthogonalityelror。themodifiedleastsquaremethodisusedtosolvethecompensationcoefficientforsimplifyingthecomplexityofdatameasurement．Forreducingtherandommagneticdisturbance-theslidingaveragefilteringMgofithmthateliminatingtheextremevalueisproposed．Theexperimen

4、tsthroughnon·magneticturntableprovethatthismethodgreatlyimprovesthemeasurementaccuracyforpitchingangleandmllingangle．Keywords：AttitudemeasurementPitchingangleRollingangleErroranalysisCompensationalgorithm0引言飞行体的姿态测量是实现飞行体精确控制的关键技术之一，它直接关系着高速旋转条件下飞行体本身的抗干扰能力和运行的稳定性¨五]。由于飞行体的控制部分具有狭小的安装空间和较高的运行速度。这使得

5、常规的姿态角测量方案变得不可行。地磁场具有的固有指向性使其可以作为天然的姿态参考坐标系，通过安装在飞行体上的巨磁阻(giantmagnetoresistive，GMR)磁传感器可清晰地反映出飞行体在运行过程中的姿态变化。随着地磁理论的不断完善以及传感器、微处理器和解算算法的13趋成熟。地磁测姿更以其成本低、可靠性高、抗过载能力高和误差不随时间积累等优点成为当前测姿和导航领域的一个研究热点[31：本文在地磁测姿法的基础上，建立飞行体俯仰角和滚转角测量模型，分析影响测量精度的因素，推导出误差校正模型．并采用改进的最小二乘法求解补偿系数。同时针对随机磁干扰信号，提出了去极值的滑动平均滤波算法。修改

6、稿收到日期：2013—07—24。第一作者曹平军(1987一)，男。现为中船重工第710研究所检测技术与自动化装置专业在读硕士研究生：主要从事磁场探测与信息技术的研究。1飞行体姿态角测量的数学模型飞行体的姿态角可用三个欧拉角表示：滚转角7、俯仰角0和偏航角沙H。]。为了寻求姿态角与地磁场的对应关系，建立起原点在飞行体重心上的东一北一天的大地坐标系。一掣弘[61；假设飞行体沿着它的轴向运动，建立地面坐标系o．髫⋯Yz7；以圆柱形的飞行体为例，建立飞行体发射坐标系o．细亭；沿着飞行体的轴向运动，建立飞行体随动坐标系o．f’叼’f’。将上述四种坐标系统一在一个坐标系上，得到的姿态角测量模型如图1所

7、示。图1姿态角测量模型Fig．1Measurementmodelofattitudeangle图1中，MM’为飞行体的横截面与水平面之间的交线且过飞行体的重心0。根据四种坐标系的定义可知．四个坐标系的坐标原点0重合在一起，Og轴与Og7轴重合在一起，竖直向上；《、《’重合在一起为飞行体轴的方20PROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATIONVoL35No．2February2014飞行体姿态