捷联式惯性导航系统传递对准优化

捷联式惯性导航系统的传递对准方法有很多,本节以飞机及其外挂导弹为平台,介绍“一次性”传递对准、惯性测量匹配对准和速度匹配对准方法。

6.5.2.1　“一次性”传递对准

“一次性”传递对准即把位置、速度和姿态信息从载机导航系统中直接复制到导弹的导航系统中。图6.7所示为这种方法的方框图。

图6.7　“一次性”传递对准的方框图

该方法是一种粗对准方法,对准精度不高,主要受对准时刻两个系统之间的相对角位移和杆臂运动的影响。

6.5.2.2　惯性测量匹配对准

惯性测量匹配对准即角速率和加速度匹配对准方法,图6.8所示为这种方法的方框图。这种方法通过比较两个系统的运动测量值来算出其参考坐标轴的相对指向。初始的粗对准可以用“一次性”对准方法来完成,然后启动惯性测量匹配方法。主惯性导航系统与子惯性导航系统均可测量比力和加速度,将其解算到公共坐标系(导航坐标系),理论上这两者之间的误差即两个系统的失准角。但是,受挠曲效应与杆臂效应等因素影响,该方法并不常用。

图6.8　惯性测量匹配对准的方框图

6.5.2.3　速度匹配对准

速度匹配对准的原理是将两个导航系统的速度测量值之差作为观测值,利用卡尔曼滤波对子系统姿态误差和速度误差进行估计。

1.状态方程

根据6.4节捷联式惯性导航系统的误差模型,忽略安装误差、科氏加速度和重力矢量误差,分别建立姿态估计误差和速度估计误差传播微分方程如下：

式中,φ——失准角误差；

——导航计算误差；

——陀螺仪测量误差；

δfb——加速度计测量误差。

因此,状态方程可表示为(www.xing528.com)

式中,δx＝[φeφnφuδvnδve]T

其中,fu为加速度计比力测量值天向分量；fe为加速度计比力测量值东向分量；fn为加速度计比力测量值北向分量。将式(6.172)离散化,得到：

式中,Φk＋1/k——时刻tk和tk＋1之间的系统转换矩阵,Φk＋1/k＝exp(Fk(tk＋1―tk))；

wk——均值为零的高斯白噪声。

2.测量方程

飞机导航系统的北向和东向速度测量值为

导弹导航系统的北向和东向速度测量值估计值为

将二者差值作为卡尔曼滤波器测量更新值,有

在tk时刻,测量值差可以以误差状态的形式表示为

式中为测量噪声。

式(6.173)与式(6.177)构成了卡尔曼滤波所需的状态方程与测量方程。图6.9所示为速度匹配对准方法的方框图。

图6.9　速度匹配对准方法的方框图