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申请/专利权人：南京理工大学

摘要：本发明公开了一种基于位姿观测的火炮身管振动惯性测量方法及装置。该装置包括光纤惯导、MEMS惯导和编码器。方法为：根据火炮平台，确定光纤惯导、MEMS惯导和编码器的安装位置；进行光纤惯导和MEMS惯导的初始对准，利用光纤惯导提供的火炮的横滚、俯仰、偏航角和位置信息及编码器提供的火炮身管俯仰角信息，推算MEMS惯导的位姿信息；建立身管变形角模型，利用MEMS惯导进行自身位姿解算；将MEMS惯导解算的自身位姿与光纤惯导和编码器推算的位姿之差作为量测，利用卡尔曼滤波估计出火炮身管振动的实时线速度、角速度、姿态和位置信息。本发明具有适用性强、测量精准度高、结构简单、易于实现、工作稳定可靠的优点。

主权项：1.一种基于位姿观测的火炮身管振动惯性测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据火炮平台，确定光纤惯导1、MEMS惯导2和编码器3的安装位置；步骤2、进行光纤惯导1和MEMS惯导2的初始对准；步骤3、利用光纤惯导1提供的火炮的横滚、俯仰、偏航角和位置信息及编码器3提供的火炮身管俯仰角信息，推算MEMS惯导2的位姿信息；步骤4、建立身管变形角模型，利用MEMS惯导2进行自身位姿解算；步骤5、将MEMS惯导2解算的自身位姿与光纤惯导1和编码器3推算的位姿之差作为量测，利用卡尔曼滤波估计出火炮身管振动的实时线速度、角速度、姿态和位置信息；步骤1所述的根据火炮平台，确定光纤惯导1、MEMS惯导2和编码器3的安装位置，具体如下：所述光纤惯导1固定于火炮的炮塔位置，保持水平状态，炮塔装置进行航向运动带动光纤惯导1一同运动；所述MEMS惯导2安装于火炮身管出口端，随火炮的身管一同运动；所述编码器3安装于火炮身管的固定端；步骤3所述的利用光纤惯导1提供的火炮的横滚、俯仰、偏航角和位置信息及编码器3提供的火炮身管俯仰角信息，推算MEMS惯导2的位姿信息，具体如下：步骤3.1、利用光纤惯导1测得的俯仰角α和编码器3测得的身管相对与火炮载体的角度β，得到耳轴连接处的身管与水平面的俯仰角θ，公式为：θ＝α+β步骤3.2、将光纤惯导1测得的横滚角γ和偏航角ψ以及耳轴连接处的身管与水平面的俯仰角θ作为MEMS惯导的姿态量测量，推算MEMS惯导2的位姿信息；步骤3.2所述的将光纤惯导1测得的横滚角γ和偏航角ψ以及耳轴连接处的身管的俯仰角θ作为MEMS惯导的姿态量测量，推算MEMS惯导2的位姿信息，具体如下：步骤3.2.1、测量光纤惯导1与耳轴的位置杆臂r1m，通过光纤惯导1的姿态阵将r1m投影到东北天导航坐标系下，公式为： 其中，r1n为投影到东北天导航坐标系下的光纤惯导1至耳轴的位置杆臂向量；为光纤惯导1的姿态阵；将r1n加上光纤惯导1测得的位移，得到耳轴的位移；步骤3.2.2、经测量得到MEMS惯导2与耳轴的位置杆臂为r2m，利用MEMS惯导2的姿态阵将位置杆臂r2m投影到东北天导航坐标系下，公式为： 其中，r2n为投影到东北天导航坐标系下的耳轴至MEMS惯导2的杆臂向量；为MEMS惯导2的姿态阵；步骤3.2.3、根据r1n和光纤惯导1的位移，推算MEMS惯导2的位移P，公式为： 其中，Pm为光纤惯导1的位置输出。

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