中等精度慣性衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 中等精度慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)王超一 ZY1203209張?zhí)焘x ZY1203233張?chǎng)?ZY1203234一、 系統(tǒng)功能1) 慣性/衛(wèi)星組合系統(tǒng)簡(jiǎn)介組合導(dǎo)航是彈道導(dǎo)彈等大型空間飛行器導(dǎo)航定位技術(shù)主要的發(fā)展方向之一。應(yīng)用具有完全自主性的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和高精度衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)構(gòu)成慣性/ 衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)，是最具有應(yīng)用前景的組合導(dǎo)航架構(gòu)。全球定位系統(tǒng)(Globe Position System，GPS)和捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(SINS)都是目前世界上應(yīng)用廣泛的導(dǎo)航方法之一。GPS易受地形地物的影響而導(dǎo)致定位中斷，并且受制于人，而SINS定位誤差隨時(shí)間而積累，若將它們組合起來可形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)并且在短期和長期

2、上都有保證。隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的發(fā)展嵌人式技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在導(dǎo)航領(lǐng)域，導(dǎo)航設(shè)備正朝小型化、微型化應(yīng)用發(fā)展，而且對(duì)系統(tǒng)精度和實(shí)時(shí)性要求也越來越高。SINSGPS組合導(dǎo)航能夠增強(qiáng)導(dǎo)航系統(tǒng)容錯(cuò)能力和余度能力，研究高精度、高可靠性、小體積、低成本的SINSGPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)具有重要意義。在飛機(jī)、艦船或其他對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)體積和性能有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。為克服GPS和SINS各自的缺點(diǎn)，根據(jù)SINS和GPS的導(dǎo)航功能互補(bǔ)的特點(diǎn)，取長補(bǔ)短，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，提高系統(tǒng)的整體導(dǎo)航精度及導(dǎo)航性能以及空中對(duì)準(zhǔn)和再對(duì)準(zhǔn)的能力。GPS接收機(jī)在慣導(dǎo)位置和速度信息的輔助下，也將改善捕獲、跟蹤和再捕

3、獲能力，并在衛(wèi)星分布條件差或可見星少的情況下導(dǎo)航精度不致下降過大。由于優(yōu)點(diǎn)顯著，SINS /GPS組合系統(tǒng)被一致認(rèn)為是飛行載體最理想的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。2) 系統(tǒng)基本構(gòu)成組合導(dǎo)航系統(tǒng)的基本組成如圖1 所示。在圖 1 中，只保留慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與信息融合系統(tǒng)，就構(gòu)成慣性/ 衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)的基本組成。其中慣性導(dǎo)航系統(tǒng)有陀螺穩(wěn)定平臺(tái)導(dǎo)航系統(tǒng)與捷聯(lián)慣性測(cè)量組合導(dǎo)航系統(tǒng)2 種類型。捷聯(lián)慣性測(cè)量組合精度較低，一般僅在中近程空間飛行器上使用。在組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究工作中，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為三軸陀螺穩(wěn)定平臺(tái)，其應(yīng)用對(duì)象一般為中遠(yuǎn)程大型飛行器應(yīng)用。信息融合系統(tǒng)的主要組成為卡爾曼濾波器。圖1組合導(dǎo)航系統(tǒng)的基本組成

4、為滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，本文設(shè)計(jì)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)將主要由慣性器件IMU、衛(wèi)星接收機(jī)GPS、磁羅盤HMR、導(dǎo)航計(jì)算機(jī)以及漸消記憶Kalman濾波器五部分組成。其中導(dǎo)航計(jì)算機(jī)采用了單片機(jī)+DSP的雙CPU方案具有4個(gè)RS232串行口分別為兩個(gè)單片機(jī)串口和兩個(gè)DSP串口。導(dǎo)航計(jì)算機(jī)通過單片機(jī)串口0與慣性器件相連，采集IMU數(shù)據(jù)；通過單片機(jī)串口1與衛(wèi)星接收機(jī)相連，采集GPS數(shù)據(jù)，然后通過Kalman濾波器將二者的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波并利用結(jié)果對(duì)IMU進(jìn)行修正；通過DSP串口1與磁羅盤HMR2300相連，采集HMR數(shù)據(jù)；同時(shí)還通過DSP串I=10與顯控計(jì)算機(jī)串口0相連，負(fù)責(zé)將導(dǎo)航解算結(jié)果傳送到顯控計(jì)算機(jī)供顯示和保存

5、，同時(shí)接受顯控計(jì)算機(jī)的控制命令。3) 系統(tǒng)主要功能根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)的主要功能有以下幾部分：1、系統(tǒng)具有三種導(dǎo)航狀態(tài)：“組合導(dǎo)航”、“慣性導(dǎo)航”、“衛(wèi)星導(dǎo)航”。“組合導(dǎo)航”狀態(tài)是開機(jī)默認(rèn)狀態(tài)。 為實(shí)現(xiàn)上述功能，需要將IMU和GPS兩個(gè)導(dǎo)航模塊相互獨(dú)立出來，因?yàn)樯鲜鰞赡K是通過單片機(jī)相連的，所以在為系統(tǒng)選擇導(dǎo)航模式時(shí)，可以通過軟硬件的設(shè)計(jì)，為系統(tǒng)添加選擇按鈕。當(dāng)按鈕選擇的是慣性導(dǎo)航模式時(shí)，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)將與GPS相連接的串口關(guān)閉，使系統(tǒng)處于只使用IMU進(jìn)行導(dǎo)航的狀態(tài)，此時(shí)，Kalman濾波器也將不工作，即此時(shí)系統(tǒng)只是一個(gè)單純的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；同樣當(dāng)按鈕選擇的是衛(wèi)星導(dǎo)航模式時(shí)，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)將與IMU相連接

6、的串口關(guān)閉，使系統(tǒng)處于只使用GPS進(jìn)行導(dǎo)航的狀態(tài)，此時(shí)，Kalman濾波器也將不工作，即此時(shí)系統(tǒng)只是一個(gè)單純的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；當(dāng)按鈕選擇的是組合導(dǎo)航模式時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)全部工作，GPS模塊開始接收位置、速度信息，IMU導(dǎo)航解算模塊將加速度計(jì)和陀螺的輸出按照捷聯(lián)慣組導(dǎo)航算法進(jìn)行導(dǎo)航解算, 輸出導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)，然后Kalman濾波模塊將IMU的導(dǎo)航解算數(shù)據(jù)和接收的GPS定位數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波, 然后利用濾波結(jié)果對(duì)IMU進(jìn)行修正使其變成組合導(dǎo)航系統(tǒng)。2、系統(tǒng)在初始對(duì)準(zhǔn)前接受初始經(jīng)度、緯度、高度等參數(shù)的裝訂。如不通過裝訂來更新，主慣導(dǎo)系統(tǒng)從存儲(chǔ)器中讀取上次的參數(shù)進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)。 3、系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，能保存所有I

7、MU與GPS的原始數(shù)據(jù)與導(dǎo)航數(shù)據(jù)。 4、具有加電開機(jī)自檢測(cè)、周期自檢測(cè)、人工自檢測(cè)、對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行顯示并給出操作提示的功能。上述三項(xiàng)功能均需要在軟硬件設(shè)計(jì)期間，將相應(yīng)功能對(duì)應(yīng)的電路板以及代碼進(jìn)行事先的準(zhǔn)備，并加入相應(yīng)的輸出元件和接口程序，例如LED顯示屏等。在初始對(duì)準(zhǔn)前需要將系統(tǒng)連接計(jì)算機(jī)，執(zhí)行相應(yīng)的程序，進(jìn)入程序界面進(jìn)行經(jīng)緯高度等參數(shù)的裝訂，在系統(tǒng)中加入儲(chǔ)存模塊用于保存導(dǎo)航系統(tǒng)的參數(shù)、原始數(shù)據(jù)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)和導(dǎo)航記錄，檢測(cè)環(huán)節(jié)可以通過代碼執(zhí)行開機(jī)加電自檢測(cè)以及周期自檢測(cè)，為人工自檢測(cè)設(shè)置相應(yīng)的按鈕與接口，并可以將相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果顯示在LED顯示屏上。二、 關(guān)鍵器件選型依據(jù)根據(jù)系統(tǒng)的性能要求，我們查

8、找了很多慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)，最終選擇了由NovAtel公司生產(chǎn)的一套慣性組合導(dǎo)航設(shè)備：SPAN  慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)。NovAtel公司是目前精密全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）及其子系統(tǒng)領(lǐng)域中，處于領(lǐng)先地位的產(chǎn)品與技術(shù)供應(yīng)商，可向客戶提供豐厚的投資回報(bào)和出色的服務(wù)。作為一個(gè)通過ISO9001認(rèn)證的公司，NovAtel 公司開發(fā)高質(zhì)量的OEM產(chǎn)品，包括接收機(jī)、封裝、天線和固件，這些產(chǎn)品都已集成到全世界高精度的定位應(yīng)用中。這些應(yīng)用有測(cè)繪、地理信息系統(tǒng)（GIS）、精密農(nóng)業(yè)機(jī)械導(dǎo)航、港口自動(dòng)化、采礦、授時(shí)和海事等行業(yè)領(lǐng)域。NovAtel公司的參考接收機(jī)也是某些國家的航空地面網(wǎng)的核心設(shè)備，

9、如美國、日本、歐洲、中國和印度等。我們選擇的這一套設(shè)備SPAN集合了兩種不同的但是又互為補(bǔ)充的技術(shù)：GNSS定位技術(shù)和慣性導(dǎo)航技術(shù)。GNSS定位的絕對(duì)精度加上IMU陀螺和加速計(jì)測(cè)量的穩(wěn)定性就可以提供一個(gè)3D的位置、速度和姿態(tài)解算結(jié)果。通過獨(dú)特的緊耦合設(shè)計(jì)，在GNSS信號(hào)被遮擋的時(shí)候，系統(tǒng)仍可保證輸出穩(wěn)定連續(xù)的解算結(jié)果；此外，SPAN技術(shù)提供更快的GNSS信號(hào)重捕能力，其結(jié)果是有更多可用的GNSS觀測(cè)量來輔助慣導(dǎo)解算。該GNSS捕獲的優(yōu)勢(shì)是在衛(wèi)星覆蓋范圍減少時(shí)通過保持高精度的慣性導(dǎo)航以增強(qiáng)RTK的性能。產(chǎn)品采用模塊化的設(shè)計(jì)：OEMV接收機(jī)本身處理所有的GNSS和慣導(dǎo)數(shù)據(jù)，IMU單獨(dú)裝在一個(gè)封裝中

10、和GNSS板卡隔開。產(chǎn)品使用簡(jiǎn)便，用戶完成硬件安裝后，使用配套的命令數(shù)分鐘內(nèi)就可以完成所有的設(shè)置，隨后數(shù)據(jù)通過標(biāo)準(zhǔn)的串口開始輸出；通過單獨(dú)的數(shù)據(jù)記錄接口，也可輕松的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。這套設(shè)備具有如下的一些特點(diǎn)：1.高穩(wěn)定性，不間斷操作，具備1 Hz 錯(cuò)誤狀態(tài)更新率及位置和時(shí)間的載波相位差分更新；2.15狀態(tài)Kalman 濾波器，包括位置、速度、姿態(tài)、陀螺漂移和加速度計(jì)偏差及6種補(bǔ)充狀態(tài)包括天線到IMU偏差；3.可通過專用軟件來事后處理SPAN數(shù)據(jù)，該軟件靈活穩(wěn)健，能自動(dòng)解碼SPAN數(shù)據(jù)以方便數(shù)據(jù)處理。4.IMU的閉環(huán)技術(shù)可保證其陀螺偏差小于0.75度/小時(shí)、加速計(jì)偏差小于1mg。下圖是一些設(shè)備的關(guān)

11、鍵性能指標(biāo)：GPS信號(hào)中斷后精度表三、 IMU標(biāo)定方法及標(biāo)定流程受各種因素影響,微機(jī)械IMU放五一定時(shí)間后,其誤差參數(shù)和慣性元件參數(shù)會(huì)發(fā)生變化,不能滿足導(dǎo)航、制導(dǎo)的精度要求,因此必須定期對(duì)其相應(yīng)參數(shù)重新進(jìn)行標(biāo)定. 捷聯(lián)慣測(cè)組合(SIMU)技術(shù)成熟、精度適中、可靠性高、成本低,被廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海等領(lǐng)域,對(duì)其標(biāo)定方法的研究是慣性技術(shù)領(lǐng)域的重要內(nèi)容。通常通過對(duì)捷聯(lián)慣測(cè)組合的標(biāo)定,分離出其誤差系數(shù),并用捷聯(lián)慣測(cè)組合的測(cè)量模型對(duì)其輸出進(jìn)行補(bǔ)償,提高慣性導(dǎo)航的精度。因此,誤差系數(shù)的標(biāo)定精度嚴(yán)重影響著慣性導(dǎo)航的精度。近年來研究出了許多種捷聯(lián)慣測(cè)組合的標(biāo)定方法,但其中大多數(shù)都需要進(jìn)行位置標(biāo)定和速率標(biāo)

12、定. 有的文獻(xiàn)提出了一種高精度的“24位置+速率”標(biāo)定方法,還有一種利用外部信息標(biāo)定陀螺參數(shù)的方法,一級(jí)一種基于多元回歸的捷聯(lián)慣測(cè)組合標(biāo)定方法。傳統(tǒng)的“位置+速率”標(biāo)定方法需要精確的北向基準(zhǔn)和很高的定位精度或調(diào)平精度。這些要求要靠高精度的尋北儀器和水平測(cè)量儀器才能實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)標(biāo)定方法所需要的標(biāo)定時(shí)間長,而捷聯(lián)慣測(cè)組合誤差系數(shù)的特性與通電時(shí)間相關(guān),因此通電時(shí)間過長所標(biāo)定出的結(jié)果與導(dǎo)彈實(shí)際飛行時(shí)的誤差系數(shù)的殘差較大,必然帶來較大的導(dǎo)航誤差。而且過長的標(biāo)定時(shí)間也影響著慣測(cè)組合生產(chǎn)廠家和用戶的工作效率.結(jié)合參考文獻(xiàn)內(nèi)容我們采用一種基于單軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)的捷聯(lián)慣測(cè)組合的標(biāo)定方法,研究在無北向基準(zhǔn)及精確調(diào)平的條件

13、下,快速標(biāo)定出捷聯(lián)慣測(cè)組合全部誤差系數(shù)的方法。1. 基于單軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)的標(biāo)定原理基于單軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)的捷聯(lián)慣測(cè)組合標(biāo)定方法的基本原理為:將捷聯(lián)慣測(cè)組合放置在單軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)上,在任意位置慣測(cè)組合的3個(gè)軸分別向上、向下及轉(zhuǎn)動(dòng)180度后,各進(jìn)行一次靜態(tài)數(shù)據(jù)采集。之后轉(zhuǎn)臺(tái)勻速旋轉(zhuǎn)一圈。重力加速度g、地球自轉(zhuǎn)角速度w及轉(zhuǎn)臺(tái)勻速旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間為已知量,結(jié)合捷聯(lián)慣測(cè)組合的測(cè)量模型,經(jīng)過適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)變換,分離出捷聯(lián)慣測(cè)組合的誤差系數(shù)。2 .誤差系數(shù)的分離算法2.1 捷聯(lián)慣測(cè)組合的測(cè)量模型及姿態(tài)轉(zhuǎn)換加速度通道的測(cè)量模型: 其中Nax、Nay和Naz分別為3個(gè)加速度計(jì)單位時(shí)間內(nèi)輸出的脈沖數(shù)；Ax、Ay，Az分別為3個(gè)方向的

14、視加速度;K0x、K0y和K0z分別為3個(gè)加速度計(jì)偏值;K1x、K1y和K1z分別為3個(gè)加速度計(jì)輸出的脈沖當(dāng)量;Kyx、Kzx、Kxy、Kzy、Kxz和Kyz為加速度計(jì)的安裝誤差系數(shù)。角速度通道的測(cè)量模型：其中:Nx、Ny和Nz分別為陀螺3個(gè)通道單位時(shí)間內(nèi)輸出的脈沖數(shù);Xx、Xy和Xz分別為捷聯(lián)慣測(cè)組合3個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度;D0x、D0y和D0z分別為陀螺3個(gè)通道的常值漂移項(xiàng);D1x、D1y、D1z、D2x、D2y、D2z、D3x、D3y和D3z為陀螺與g有關(guān)的項(xiàng);E1x、E1y和E1z分別為陀螺3個(gè)通道輸出的脈沖當(dāng)量;Eyx、Ezx、Exy、Ezy、Exz和Eyz為陀螺的安裝誤差系數(shù)。對(duì)捷聯(lián)

15、慣測(cè)組合標(biāo)定就是從上述加速度通道和角速度通道的測(cè)量模型中分離出3個(gè)加速度計(jì)的偏值、輸出的脈沖當(dāng)量和安裝誤差系數(shù),陀螺3個(gè)通道的常值漂移項(xiàng)、3個(gè)方向視加速度的影響系數(shù)、3個(gè)通道輸出的脈沖當(dāng)量和安裝誤差系數(shù),共33個(gè)參數(shù)。將捷聯(lián)慣測(cè)組合放置在單軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面中央,轉(zhuǎn)臺(tái)以角速度X勻速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)臺(tái)的調(diào)平角分別為俯仰角H和滾轉(zhuǎn)角C,捷聯(lián)慣測(cè)組合的北向方位角為<。由于常用的單軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)底部都有34個(gè)調(diào)平螺桿,僅依靠轉(zhuǎn)臺(tái)自身的調(diào)平螺桿而不需要借助其他設(shè)備即可將轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)平至2以內(nèi),因此設(shè)H和C均小于5。其中0為捷聯(lián)慣測(cè)組合在轉(zhuǎn)臺(tái)上的初始方位角,其可為任意值。為便于分析,在推導(dǎo)過程中均認(rèn)為捷聯(lián)慣測(cè)組合為點(diǎn)測(cè)量

16、組件。取當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系的xt、yt及zt軸分別指向天向、東向和北向,地理坐標(biāo)系分別繞xt、yt及zt軸轉(zhuǎn)動(dòng)、H和C,地理坐標(biāo)系到捷聯(lián)慣測(cè)組合坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣22 加速度通道誤差系數(shù)的分離捷聯(lián)慣測(cè)組合x軸垂直向上放置于轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面中央,轉(zhuǎn)臺(tái)以角速度Wx勻速旋轉(zhuǎn)一周,所用時(shí)間為Tx,x向加速度計(jì)輸出的脈沖數(shù)為捷聯(lián)慣測(cè)組合x軸垂直向下放置于轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面中央,轉(zhuǎn)臺(tái)以角速度Wx勻速旋轉(zhuǎn)一周,所用時(shí)間為Tx,x向加速度計(jì)輸出的脈沖數(shù)為NAxx-,則有當(dāng)r5'、5'時(shí),sinrcos0.00145,cosrcos0199999,且在捷聯(lián)慣測(cè)組合調(diào)試時(shí)已保證加速度計(jì)的安裝誤差系數(shù)Kyx、Kzx、Kxy

17、、Kzy、Kxz和Kyz小于0.0058度,則Kyxsinrcos1.45×10-6，Kyxsinrcos0,Kzxsin0,因此可以分離出以下誤差系數(shù)捷聯(lián)慣測(cè)組合z軸垂直向上時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)以Wz勻速旋轉(zhuǎn)一周,及捷聯(lián)慣測(cè)組合z軸垂直向下時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)以Wz勻速旋轉(zhuǎn)一周,所用時(shí)間分別為Tz和Tz,可以分離出以下誤差系數(shù):至此,標(biāo)定出了加速度計(jì)的K0x、K0y、K0z、K1x、K1y、K1z、Kyx、Kzx、Kxy、Kzy、Kxz和Kyz共12個(gè)誤差系數(shù)。23 角速度通道誤差系數(shù)的分離陀螺常值漂移及與g有關(guān)項(xiàng)的標(biāo)定采用在轉(zhuǎn)臺(tái)靜止?fàn)顟B(tài)對(duì)捷聯(lián)慣測(cè)組合進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法分離。以x軸為例,將捷聯(lián)慣測(cè)組合放置在轉(zhuǎn)

18、臺(tái)中央,當(dāng)捷聯(lián)慣測(cè)組合x軸垂直向上時(shí),對(duì)捷聯(lián)慣測(cè)組合在位置1(北向方位角、調(diào)平角及)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;當(dāng)捷聯(lián)慣測(cè)組合x軸垂直向下(捷聯(lián)慣測(cè)組合3個(gè)軸與第1次數(shù)據(jù)采集時(shí)反向)時(shí),對(duì)捷聯(lián)慣測(cè)組合在位置1進(jìn)行第2次數(shù)據(jù)采集,然后使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)180度,到達(dá)位置2(北向方位角增加180度、調(diào)平角及不變),對(duì)捷聯(lián)慣測(cè)組合進(jìn)行第3次數(shù)據(jù)采集。利用3次采集的數(shù)據(jù)即可分離出D0x、D1x、D1y和D1z。同理對(duì)捷聯(lián)慣測(cè)組合y軸垂直向上及垂直向下的情況按上述方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后,可得對(duì)捷聯(lián)慣測(cè)組合z軸垂直向上及垂直向下的情況按上述方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后,可得 陀螺脈沖當(dāng)量E1x、E1y和E1z及安裝誤差系數(shù)Eyx、Ezx、E

19、xy、Ezy、Exz和Eyz的分離過程與加速度計(jì)誤差系數(shù)的分離過程相同，至此,標(biāo)定出了捷聯(lián)慣測(cè)組合角速度通道的D0x、D0y、D0z、D1x、D1y、D1z、D2x、D2y、D2z、D3x、D3y、D3z、E1x、E1y、E1z、Eyx、Ezx、Exy、Ezy、Exz和Eyz共21個(gè)誤差系數(shù)。3 標(biāo)定流程及標(biāo)定數(shù)據(jù)處理方法31 標(biāo)定流程由于導(dǎo)彈在正常飛行過程中的角速率在5 (度)/s以下,根據(jù)以上單軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)標(biāo)定原理,在兼顧標(biāo)定速度及標(biāo)定精度的原則下,對(duì)標(biāo)定的流程編排如下:1.捷聯(lián)慣測(cè)組合x軸垂直轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面向上放置。2.單軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)分別以3,5,10,20 (度)/s的速率旋轉(zhuǎn)一圈。3.在任意位

20、置鎖定轉(zhuǎn)臺(tái),并在此位置對(duì)捷聯(lián)慣測(cè)組合進(jìn)行1 min數(shù)據(jù)采集。4.將捷聯(lián)慣測(cè)組合標(biāo)定軸垂直轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面向下放置,對(duì)捷聯(lián)慣測(cè)組合進(jìn)行1 min數(shù)據(jù)采集。5.使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)180度后,鎖定轉(zhuǎn)臺(tái),對(duì)捷聯(lián)慣測(cè)組合進(jìn)行1 min數(shù)據(jù)采集。6.單軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)分別以3,5,10,20 (度)/s的速率旋轉(zhuǎn)一圈。7.y軸標(biāo)定,捷聯(lián)慣測(cè)組合y軸垂直向上放置,重復(fù)26。8.z軸標(biāo)定,捷聯(lián)慣測(cè)組合z軸垂直向上放置,重復(fù)26,完成捷聯(lián)慣測(cè)組合標(biāo)定。在捷聯(lián)慣測(cè)組合輸出穩(wěn)定后,該標(biāo)定方法可以在不到1 h內(nèi)標(biāo)定出所有捷聯(lián)慣測(cè)組合的誤差系數(shù)。而用傳統(tǒng)的“位置+速率”標(biāo)定方法在捷聯(lián)慣測(cè)組合輸出穩(wěn)定后最少需要2 h。該方法對(duì)標(biāo)定設(shè)備要求簡(jiǎn)單

21、,只需要一臺(tái)單軸速率轉(zhuǎn)臺(tái),而且不需要尋北及精確調(diào)平,因此更適合于緊急情況及在野外的標(biāo)定。32 標(biāo)定數(shù)據(jù)處理方法單軸速率轉(zhuǎn)臺(tái)標(biāo)定流程綜合考慮了捷聯(lián)慣測(cè)組合在各速率段時(shí)的特性,因此首先要根據(jù)標(biāo)定模型公式計(jì)算出捷聯(lián)慣測(cè)組合在每個(gè)速率段的誤差系數(shù)標(biāo)定結(jié)果。由于捷聯(lián)慣測(cè)組合誤差系數(shù)在不同速率段存在非線性,因此對(duì)誤差系數(shù)的標(biāo)定結(jié)果采用不等權(quán)值的方法進(jìn)行處理,即式中:E為某誤差系數(shù);l=1,2,3,4分別為3,5,10,20 (度)/s的速率檔;為l速率檔時(shí)的標(biāo)定結(jié)果;ml為誤差系數(shù)在l速率檔時(shí)的權(quán)值,根據(jù)捷聯(lián)慣測(cè)組合的自身特點(diǎn)并結(jié)合型號(hào)導(dǎo)彈的彈道特性進(jìn)行確定,如某型號(hào)導(dǎo)彈飛行時(shí)的多數(shù)時(shí)間段內(nèi)角速度在5 (

22、度)/s以下,可取m1=0.4,m2=0.3,m3=0.2,m4=0.1。此外,還可以根據(jù)上述標(biāo)定結(jié)果計(jì)算出相關(guān)誤差系數(shù)的線性度及對(duì)稱性。四、 動(dòng)基座初始對(duì)準(zhǔn)方案動(dòng)基座的運(yùn)動(dòng)使調(diào)平精度大為降低，調(diào)平誤差與東向和北向線加速度、平臺(tái)回轉(zhuǎn)中心到基座質(zhì)心的距離及基座的搖擺角加速度有關(guān)。調(diào)平系統(tǒng)消除這些誤差可采用調(diào)平補(bǔ)償手段。由以下公式可知：圖 調(diào)平誤差角圖 動(dòng)基座搖擺造成的調(diào)平誤差角圖 等效調(diào)養(yǎng)角若將實(shí)時(shí)測(cè)量，經(jīng)變換和控制，將 和 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流值加給加速度表力矩傳感器實(shí)施補(bǔ)償，則調(diào)平精度將大為提高，調(diào)平時(shí)間將大為縮短?？焖僬{(diào)平補(bǔ)償方法仍可采用靜基座下調(diào)平控制回路。只是在該回路中施加一個(gè)與調(diào)平誤差成

23、比例的電流信號(hào)?？焖俪跏紝?duì)準(zhǔn)方案的系統(tǒng)框圖如下圖所示。圖 快速初始對(duì)準(zhǔn)方案系統(tǒng)框圖為了獲得沿 S系3個(gè)方向的角速度信號(hào)，可在動(dòng)基座上沿 S系3個(gè)軸向安裝3 只速率陀螺儀。將所測(cè)信號(hào)進(jìn)行微分可求得：則補(bǔ)償電流為：式中KOX，KOY為比例系數(shù)。式中的全部運(yùn)算可在發(fā)控計(jì)算機(jī)中進(jìn)行，將所得結(jié)果經(jīng)變換即可實(shí)現(xiàn)調(diào)平補(bǔ)償。五、 組合導(dǎo)航方案慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組合,主要表現(xiàn)為位置信息的組合。本文對(duì)采用最優(yōu)估計(jì)法的慣導(dǎo)/衛(wèi)星定位組合導(dǎo)航系統(tǒng)性能進(jìn)行了分析。根據(jù)組合導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論和方法,采用間接估計(jì)法的慣導(dǎo)/衛(wèi)星組合系統(tǒng)的基本狀態(tài)是慣導(dǎo)的三個(gè)位置誤差、三個(gè)速度誤差、三個(gè)姿態(tài)誤差以及慣性器件的偏置、漂移和衛(wèi)星