捷联惯导系统静基座初始对准精度分析及仿真
动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究
动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究【摘要】本研究旨在探讨动基座条件下舰载武器捷联惯导系统的初始对准问题。
首先介绍了该系统的概述，然后深入分析了初始对准的原理，探讨了影响因素并提出初始对准方法。
通过实验验证及结果分析，评估了系统性能，并展望未来工作的方向。
研究发现，动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准的精度受到影响因素的影响，需要针对性地改进方法与算法。
该研究对提高系统稳定性和精确性具有重要意义，为相关领域的发展提供了理论基础和技术支持。
【关键词】动基座，舰载武器，捷联惯导系统，初始对准，研究背景，研究目的，研究意义，系统概述，原理分析，方法研究，实验验证，结果分析，影响因素，性能评估，展望，未来工作，总结。
1. 引言1.1 研究背景动基座条件下舰载武器捷联惯导系统是一种先进的导航和定位技术，通过联合惯性导航系统和全球定位系统的信息，实现高精度的导航和目标定位。
随着现代战争的发展，对武器系统的精确性和实时性要求越来越高，动基座条件下舰载武器捷联惯导系统的应用变得越来越广泛。
在实际应用中，由于动基座条件下舰载武器捷联惯导系统受到舰船运动和海况等因素的影响，系统的初始对准往往面临挑战。
系统的初始对准不仅关系到导航和定位的准确性，还关系到武器系统的命中精度和作战效果。
研究动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准是十分必要和重要的。
本文旨在通过对动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准进行深入研究，分析系统的工作原理和方法，探讨影响因素，并通过实验验证和结果分析，评估系统的性能。
展望未来工作，总结研究成果，为提高武器系统的精确性和实用性提供参考。
1.2 研究目的研究目的是为了探究动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准的关键技术问题，提高系统的性能和可靠性。
通过对系统概述、初始对准原理分析以及方法研究等方面的深入研究，旨在解决现有系统在动态环境下初期对准存在的不足之处，改进系统的初始对准精度和速度，提高系统的实用性和适用性。
捷联惯导与组合导航系统高精度初始对准技术研究
捷联惯导与组合导航系统高精度初始对准技术研究捷联惯导与组合导航系统高精度初始对准技术研究引言捷联惯导与组合导航系统是一种集捷联惯导和其他导航传感器（如GPS、气压计、陀螺仪等）的优势于一体的导航系统，具有在惯导滞后情况下实现导航信息快速、准确更新的优势。
为了确保导航精度和可靠性，捷联惯导与组合导航系统的初始对准是不可或缺的关键技术之一。
本文将重点探讨捷联惯导与组合导航系统高精度初始对准技术的研究。
一、捷联惯导与组合导航系统概述捷联惯导与组合导航系统是一种通过融合多种导航传感器测量数据来计算导航解的导航系统。
其中，捷联惯导通过惯性导航算法利用加速度计和陀螺仪提供的姿态、速度和位移信息进行导航计算，而组合导航则通过融合GPS和其它传感器的信息来修正惯导的误差，提供更准确的导航结果。
二、初始对准技术的研究现状初始对准技术在捷联惯导与组合导航系统中起到了决定性的作用，对其精度和可靠性具有重大影响。
目前，针对初始对准技术的研究主要集中在以下几个方面：1. 惯性传感器标定：惯导系统的精度和准确性直接依赖于惯性传感器的性能。
因此，对于惯导系统而言，惯性传感器的标定至关重要。
传感器标定主要涉及惯性传感器的误差估计、参数校准和标定方法等。
2. 导航状态估计算法：捷联惯导与组合导航系统的核心是导航状态估计算法。
目前常用的算法包括扩展卡尔曼滤波（EKF）、无迹卡尔曼滤波（UKF）以及粒子滤波（PF）等。
这些算法通过融合多种传感器的信息，实现对导航状态的准确估计。
3. 高精度传感器融合：为了提高初始对准的精度和可靠性，可以考虑使用更高精度的传感器，如高精度的加速度计和陀螺仪。
此外，对于GPS系统而言，使用双频技术和高精度的差分GPS技术可以进一步提高导航精度。
三、捷联惯导与组合导航系统高精度初始对准技术研究在捷联惯导与组合导航系统高精度初始对准技术的研究中，可以采用以下方法来提高初始对准的精度和可靠性：1. 多目标标定方法：采用多目标标定方法来标定捷联惯导系统中的惯性传感器。
惯导 惯性导航系统的初始对准资料
R
静基座惯导系统误差方程
对应的方块图为
主要内容
概述 静基座惯导系统误差方程 单回路的初始对准 陀螺漂移的测定 捷联式惯导系统的初始对准
若：假定载体 所在地的纬 度是准确知 道的
0 则：
静基座惯导系统误差方程
假定载体处于地面静止状态， 于是惯性导航系统误差方程式可简化为
2 sin V g A V E e N E 2 sin V g A V N e E N V N
惯性导航篇——惯性导航系 统的初始对准
主要内容
概述 静基座惯导系统误差方程 单回路的初始对准 陀螺漂移的测定 捷联式惯导系统的初始对准
主要内容
概述 静基座惯导系统误差方程 单回路的初始对准 陀螺漂移的测定 捷联式惯导系统的初始对准
概述
什么是初始对准？ 初始对准有任务？ 初始对准的类型？
什么是初始对准？
北向和东向 加速度计的 零位误差
R V N e cos e sin E R VE sin sin e e N R tan VE e cos e cos R
静基座惯导系统误差方程
假定载体处于地面静止状态， 于是惯性导航系统误差方程式可简化为
2 sin V g A V E e N E 2 sin V g A V N e E N V N
Байду номын сангаас
R V N e cos e sin E R VE sin sin e e N R tan VE e cos e cos R
为计算值与真 实值的之差
惯导 惯性导航系统的初始对准
1）从北向加矩信号可以直接看出 北向陀螺的漂移角速度值 2）在东向加矩信号中，不能区分 出东向陀螺漂移角速度值不 如何测试东向陀螺漂移角速度值？
陀螺漂移的测定—水平陀螺漂移 的测定
在完成北向陀螺漂移角速度的测试后， 将平台旋转90°，使原来的东向陀螺敏 感轴处于北向位置。 开始第二个位置的测漂工作，这时的测 试平衡方程式为
静基座惯导系统误差方程
进一步简化得
g A V E E g A V N N VN e cos e sin E
VE e sin N R tan VE e cos R
二阶水平对准回路(K3=0)
(s) s K1s (1 K2 )
2 2 s
根据精度和对准时间的要求，确定相应 的 K值
单回路的初始对准—方位对准
系统误差 方块图
单回路的初始对准—方位对准
结论：北向加速度计与与东向陀螺组成 的水平对准回路与方位回路有较大的交 叉影响，称为罗经效应。 即当平台正确取向时，东向陀螺将不敏 感地球自转角速度分量。 利用这个加速度计输出信号，使其通过 一个适当的补偿环节再加给方位陀螺仪 的力矩器，从而使平台在方位上进动， 一直到地球自转角速度分量不再被东向 陀螺所敏感，这样就消除了方位误差角。
惯性导航系统在正式工作之前的准备工 作 使惯性导航系统所描述的坐标系与导航 坐标系相重合，使导航计算机正式工作 时有正确的初始条件，如给定初始速度， 初始位置等，这些工作统称为初始对准。 如给定初始速度为零
初始对准有任务？
研究如何使平台坐标系(含捷联惯导 的数学平台)按导航坐标系定向，为 加速度计提供一个高精度的测量基 准，并为载体运动提供精确的姿态 信息。
动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究
动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究摘要：本文主要研究了动基座条件下舰载武器捷联惯导系统的初始对准问题。
首先介绍了捷联惯导技术的应用背景，然后分析了动基座条件下捷联惯导系统的工作原理，进而针对动基座条件下捷联惯导系统的初始对准问题进行了研究。
通过仿真实验验证了所提出的初始对准方法的有效性。
关键词：动基座；捷联惯导；武器系统；初始对准1. 引言随着现代舰载武器系统的发展，捷联惯导技术在舰载武器系统中得到了广泛的应用。
捷联惯导技术利用惯性导航系统和GPS或其他卫星导航系统相结合，能够实现精确的制导和导航，大大提高了武器系统的精度和打击能力。
而在舰载武器系统中，动基座条件下的捷联惯导系统则面临着初始对准问题。
动基座条件下，捷联惯导系统需要在运动状态中进行初始对准，确保系统的精度和可靠性。
研究动基座条件下舰载武器捷联惯导系统的初始对准问题具有重要的理论和实际意义。
2. 动基座条件下捷联惯导系统工作原理动基座条件下的舰载武器系统通常存在运动状态，同时舰载武器系统需要对目标进行精确定位和跟踪。
在这种情况下，捷联惯导系统需要能够在运动状态下进行初始对准，并且能够准确地跟随目标进行导航和制导。
动基座条件下的捷联惯导系统需要具备以下几个主要特点：1）动态跟踪：捷联惯导系统需要能够根据舰载武器系统的运动状态进行实时的跟踪和定位，实现对目标的精确定位和跟踪。
2）自校准：捷联惯导系统需要能够在运动状态下进行自校准，确保系统的精度和可靠性。
3）实时更新：捷联惯导系统需要能够实时更新导航信息，根据目标的运动状态和环境变化进行实时的更新和调整。
在动基座条件下，捷联惯导系统通常采用惯性导航和GPS等卫星导航系统相结合的方式，通过惯性导航系统实现对舰载武器系统的实时跟踪和定位，同时通过GPS等卫星导航系统实现对目标的精确定位和导航。
在这种情况下，捷联惯导系统需要能够实时地将惯性导航系统和GPS等卫星导航系统的信息进行融合，实现对目标的精准制导和导航。
车载捷联惯导初始对准技术研究
摘要捷联惯性导航系统（Strapdown Inertial Navigation System,SINS）已经在军事、民用等领域得到了广泛应用。
初始对准作为整个捷联惯导系统工作前的关键步骤，其精度决定了整个导航系统的精度。
车载捷联惯导初始对准分为静基座初始对准和动基座初始对准，其技术指标主要包括对准精度和对准时间。
本课题针对车载捷联惯导系统实际工作环境中出现的惯性器件启动漂移、静基座初始对准过程中人为噪声干扰以及动基座初始对准过程中全球定位系统（Global Positioning System,GPS）速度误差和噪声失配等问题，提出相应的解决办法，具体研究内容如下：首先，针对车载捷联惯导系统初始对准情况下光纤陀螺和加速度计出现启动漂移的问题，通过采集分析光纤陀螺和加速度计在不同温度下启动的实测数据，研究了光纤陀螺和加速度计漂移与温度及温度变化率之间的关系，通过对目前光纤陀螺和加速度计漂移补偿模型进行简化，减小了计算量，实测数据验证了简化的模型能够有效补偿惯性器件启动漂移并缩短系统初始对准时间。
其次，针对车载捷联惯导系统静基座初始对准过程中人为噪声干扰的问题，通过采集车载捷联惯导静基座下人员上下车、驻车发动机启动等情况的惯性器件数据输出，分析了其噪声特性，提出了改进的基于小波阈值策略的经验模态分解降噪算法，实测数据验证了该方法的降噪效果以及对提高静基座下初始对准算法稳定性的有效性。
然后，针对动基座初始对准过程中GPS速度误差导致量测矢量误差增大的问题，提出了基于鲁棒反馈策略的惯性系初始对准算法，该方法基于前一个时刻估计的姿态预测当前时刻的量测矢量，并根据当前时刻的量测矢量求得当前时刻的方差，对前一个时刻的方差和当前时刻的方差进行比较并基于鲁棒控制的策略对当前量测矢量进行调整和反馈，仿真和实测数据验证了该方法能够有效提高动基座对准精度。
最后，针对动基座初始对准过程中噪声失配的问题，通过对姿态误差进行分析建立系统状态空间模型，并引入无偏有限冲击响应（Unbiased Finite Impulse Response,UFIR）滤波的思想，提出了基于UFIR的惯性系初始对准算法，UFIR滤波器不需要像卡尔曼滤波器（Kalman Filter,KF）一样设置Q阵和R阵，其利用观测窗长内的有限测量数据进行无偏状态估计，降低了系统噪声和量测噪声特性未知或者改变时对姿态估计的影响，仿真和实测数据验证了该方法的有效性。
捷联式惯导系统初始对准方法研究
捷联式惯导系统初始对准方法研究一、本文概述随着导航技术的不断发展，捷联式惯导系统（StrapdownInertial Navigation System, SINS）已成为现代导航领域的重要分支。
由于其具有自主性强、隐蔽性好、不受外界电磁干扰等优点，被广泛应用于军事、航空、航天、航海等领域。
然而，捷联式惯导系统的初始对准问题是其实际应用中的一大难题。
初始对准精度的高低直接影响到系统的导航精度和稳定性。
因此，研究捷联式惯导系统的初始对准方法具有重要意义。
本文旨在深入研究和探讨捷联式惯导系统的初始对准方法。
对捷联式惯导系统的基本原理和组成进行简要介绍，为后续研究奠定基础。
对初始对准的定义、目的和重要性进行阐述，明确研究的重要性和方向。
接着，重点分析现有初始对准方法的优缺点，包括传统的静基座对准、动基座对准以及近年来兴起的智能对准方法等。
在此基础上，提出一种新型的初始对准方法，并对其进行详细的理论分析和仿真验证。
通过实验验证所提方法的有效性和优越性，为捷联式惯导系统的实际应用提供有力支持。
本文的研究内容对于提高捷联式惯导系统的初始对准精度、增强其导航性能和稳定性具有重要意义。
所提出的新型初始对准方法有望为相关领域的研究提供新的思路和方向。
二、捷联式惯导系统初始对准理论基础捷联式惯导系统（Strapdown Inertial Navigation System，SINS）的初始对准是其正常工作的前提，对于提高导航精度和长期稳定性具有重要意义。
初始对准的主要目的是确定惯导系统载体在导航坐标系中的初始姿态，以便为后续的导航计算提供准确的基准。
捷联式惯导系统的初始对准过程涉及多个理论基础知识，包括载体运动学、动力学模型、误差分析以及滤波算法等。
载体运动学模型描述了载体在三维空间中的姿态、速度和位置变化，是初始对准过程中姿态解算的基础。
动力学模型则用于描述载体在受到外力作用下的动态行为，为误差分析提供了依据。
在初始对准过程中，误差分析是至关重要的。
捷联惯导系统的算法研究及其仿真实现(捷联惯导系统的发展趋势 初始对准技术的发展与研究现状)
捷联惯导系统的算法研究及其仿真实现Study and Simulation of Strapdown Inertial Navigation System1.1.3捷联惯导系统的发展趋势捷联式惯导系统是从20世纪60年代初开始发展起来的。
20世纪70年代以来，作为捷联系统的核心部件—惯性测量装置和计算机技术有了很大发展，而电子技术、计算机技术、现代控制理论的不断进步，为捷联惯性技术的发展创造了有利条件。
在硬件方面，新一代惯性器件如激光陀螺、光纤陀螺的成功研制，为捷联惯导的飞速发展打下了物质基础。
进入20世纪80-90年代，在航天飞机、宇宙飞船、卫星等民用领域及各种战略、战术导弹、军用飞机、反潜武器、作战舰艇等军事领域开始采用动力调谐式陀螺、激光陀螺和光纤式陀螺的捷联惯导系统。
其中激光陀螺和光纤式陀螺是捷联惯导系统的理想器件。
激光陀螺具有角速率动态范围宽、对加速度和震动不敏感、不需温控、启动时间特别短和可靠性高等优点。
激光陀螺惯导系统己在波音757/767、A310民机以及F-20战斗机上试用，精度达到 1.85km/h 的量级。
20世纪90年代，激光陀螺惯导系统估计占到全部惯导系统的一半以上，其价格与普通惯导系统差不多，但由于增加了平均故障间隔时间，其寿命期费用只有普通惯导系统的15%-20%。
光纤陀螺实际上是激光陀螺中的一种，其原理与环型激光陀螺相同，它克服了由激光陀螺闭锁带来的负效应，具有检测灵敏度和分辨率极高、启动时间极短、动态范围极宽、结构简单、零部件少体积小、造价低、可靠性高等优点。
采用光纤陀螺的捷联航姿系统已用于战斗机的机载武器系统及波音777飞机中。
波音777由于采用了光纤陀螺的捷联惯导系统，其平均故障间隔时间可高达20000h。
采用光纤陀螺的捷联惯导系统被认为是一种极有发展前途的导航系统。
而随着航空航天技术的发展及新型惯性器件关键技术的陆续突破，捷联惯导系统的可靠性、精度将会更高。
9-初始对准教程
（4）按对准时对外信息的需求来分
惯导系统只依靠重力矢量和地球速率矢量通过解析方法实现的初 始对准称为自主式对准，此时不需要其它外部信息，自主性强，但精度 不高。 非自主对准可通过机电、光学或其它方法将外部参考坐标系引入系 统，使平台对准至导航坐标系。
3．初始对准的要求
惯导系统不论用于运载体导航还是武器弹药中的制导，都要求初始 对准保证必需的准确性与快速性。 用于舰船与飞机的惯导系统，对准时间可略长些，如装备民航飞机 用的惯导系统的对准时间容许为 15~20min。 用于舰炮武器系统的捷联式航姿系统，基于对其快速反应的要求， 静基座对准时间要求在 10min 左右，动基座对准时间要求在 20min 左 右。 对于战术导弹的空中对准， 初始对准则要求在数十秒或数秒内完成。 平台式惯导系统的水平对准精度达到 10”以内，方位对准精度达 2’~5’以内。 为了使初始对准达到精而快的要求，陀螺仪与加速度计必须具有足 够高的精度和稳定性，系统的鲁棒性要好，对外界的干扰不敏感。
4．静基座对准
捷联式惯导系统初始对准的任务就是确定从机体坐标系到导航坐 标系的初始变换矩阵。对准过程分为两个阶段：粗对准和精对准。
4.1 粗对准
在静基座上，加速度计测得的是重力加速度矢量在飞行器坐标系 b 中的分量，陀螺仪测得的是地球自转角速度矢量在 b 系中分量。而这两 个矢量在导航坐标系——地理坐标系 E 中的分量是已知的
（2）按对准的轴系来分
在以地理坐标系为导航坐标系的情况下，初始对准可分为水平对准 和方位对准。 在平台式惯导系统中，物理平台通常先进行水平对准，然后同时进 行平台的水平与方位对准。 在捷联式惯导系统中，对数学平台进行对准时，一般情况下水平对 准与方位对准是同时进行的。
（3）按基座的运动状态来分
捷联惯导静基座快速初始对准方法研究
由于速度由比力的积分获得， 在一定程度上增加加速度计输出误差作为观测量对系统的 可观测性贡献不大。而若把加速度输出误差和角速度误差均增加为观测量，则在Kalman滤 波中将出现9阶矩阵求逆的情形，计算量非常大。 在计算速度满足要求的前提下， 作者将静基座条件下的速度误差和角速度误差同时作为 外部观测信号（文中算法2），提高了系统的可观测性和可观测度，加快了卡尔曼滤波估计 的收敛速度。 观测方程设计如下：
n′
(4)
由于静基座条件陀螺仪输出在地理坐标系的投影为：
n n n n n n ωibE = ωieE =0; ωibN = ωieN = ωie cos L ; ωibU = ωieU = ωie sin L ； n′ n 观测量取为 ωib − ωib ，由此得到量测方程为： ⎛ φUωie cos L − φNωie sin L ⎞ ⎛ ε E ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ n′ n ωib − ωib = ⎜ φEωie sin L ⎟ − ⎜εN ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ε ⎟ −φEωie cos L ⎝ ⎠ ⎝ U⎠
n ib
−φ ⎞⎛ 0 ⎞ ⎟⎜ φ ⎟⎜ ω cos L ⎟ 1 ⎟ ⎟ ω L −φ 1 ⎟⎜ sin ⎠⎝ ⎠ ⎛ φ ω cos L − φ ω sin L ⎞ ⎜ ⎟ = ⎜ φ ω sin L + ω cos L ⎟ ⎜ −φ ω cos L + ω sin L ⎟ ⎝ ⎠ ⎛ 1 ⎜ = ⎜ −φ ⎜φ ⎝
n b
0 6×3
03× 6 ⎤ ⎥ 03× 6 ⎥ , 0 6× 6 ⎥ ⎦
捷联惯导系统静基座初始对准精度分析及仿真
中图分类号：２９３ Ｖ ４ ． 文献 标 识 码 ： Ａ
Ｉ ｉｉ ｌ ｉ ｎ ｅ ｔＡｃ ｕ ａ ｙ Ａｎ ｌ ｓｓａ ｄ Ｓ ｍｕ ａ ｉ ｎ ｎ ｔａ ｇ ｍ ｎ ｃ ｒ ｃ ａ ｙ ｉ ｎ ｉ ｌ ｔｏ Ａｌ ｏ ｔ ａ ｄ ｗｎ Ｉ ｅ ｔａ ｖ ｇ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｎ ａ Ｓ ａ ｉ ｎ ｒ ｓ ｆＳ ｒ ｐ ｏ ｎ ｒ ｉ ｌＮａ ｉ ａ ｉ ｎ Ｓ ｓ ｅ ｏ ｔ ｔ ａ ｙ Ｂａ ｅ ｏ
（ 西北 工业 大学 自动化学 院， 陕西 西安 ７ ０７ １０ ２）
摘要 ： 在利用卡尔曼滤波器对捷联惯 导系统 （ Ｉ Ｓ 进行静基 座初始 对准中 ， ＳＮ ） 由于系统的不完全 可观测性 ， 得有些状态没 使 有滤波效果 ． 有些状态的估计精度受到限制。 ＳＮ 对 ＩＳ静基 座初 始对准卡尔曼滤波方 程进行 了可 观测性 分析 ， 出 了状态降 提 阶的处理方法 ， 并得到 了各状态估计的极限精度公式。 最后进 行了软件仿真 ， 仿真结 果表明 ： 阶滤波器和全 降阶滤波器 的 降 估 计精度基本相 同， 但足前者计算量更小 ， 且在滤波计算中能够消除不可观测状态的不利影 响。 并 关键词： 捷联惯 导系统 ； 始对准 ； 初 卡尔曼滤波 ； 可观测性 ； 仿真
ｓ ａｅ ． ｔ ｔ ｓ
ＫＥ ＹＷ ＯＲＤ ： Ｓｒｐ ｏ ｎ ｉｅ ｉｌ ｎ ｖ ａｉｎ ｓｓｅ （ Ｉ Ｓ ； Ｉｉａ ａｉｎ ｅ ｔ Ｋ ｌ ｎ ｆｔｒ ｇ Ｓ ｔ ｄｗ ｎｒ ａ ａｉ ｔ ｙｔｍ ＳＮ ） ｎｔ ｌ ｌ ｍ ｎ ； ａ ａ ｔ ｇ ｏ ｉ ｇ ｍａ ｉ ｅｉ ； ｌ ｎ
捷联惯性系统初始对准研究
研究生签名：
导师签名：歪望塾日期：至ＱＱ鱼生圣县
东南大学硕士学位论文
第一章绪论
１．１课题背景
由于捷联惯性系统具有较高的精度、良好的可靠性、轻巧的体积、低廉的价格等特点，因此， 很多舰载武器系统，如舰炮、雷达、导弹等均在其附近安装了捷联系统为其提供姿态基准信息。但 是另一方面，为适应现代战争的需要，越来越多的武器系统被研发出来，并且陆续装备到现代舰船
ａｔｅ
ｄｅｆｉｎｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ａｔｔｉｔｕｄｅ ｕｐｄａｔｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｏｆ ＳＩＳ ａ糟ｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｄｙｎａｍｉｃｓ
ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｂａｓｅｄ Ｏｎ ｇｅｏｇｒａｐｈｙ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ａｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｅ ｅｎ＇ｏｒ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＳＩＳ ａ∞ ｄｅｒｉｖｅｄ． ２．Ｋａｌｍａｎ ｆｉｌｔｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｉｎｉｔｉａｌ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｔ ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ
船体速度在导航坐标系上分别沿东、北、天方向的投影 纬度、经度 子午线曲率半径、与子午线垂直的法线平面的曲率半径
东向速度误差 北向速度误差 东向失准角 北向失准角 天向失准角
Ｒ砖Ｑ罐砧《《厶％厶
名
兄、疋
彤
矾
以磊丸凹 监
纵摇角误差 横摇角误差 航向角误差 ｚ向加速度计偏置 Ｙ向加速度计偏置
脯
Ｌ．彤＆
Ｘ向陀螺漂移 Ｙ向陀螺漂移
不需要其它外部信息，自主性强。非自主对准可通过机电或光学方法将外部参考坐标系引入系统，
使平台对准至导航坐标系。在捷联式惯性系统的粗对准阶段，可引入主惯性系统的航向姿态信息，
捷联惯导静基座初始对准技术仿真
GVE f N MU fU M N 2Zie sin LGVN
2Zie cos LGVU /E GVN fU M E f EMU 2Zie sin LGVE /N GVU f EM N f N M E 2Zie cos LGVE /u
（11）
ME ZcE H E ZieMN sin L ZieMU cos L MN ZcN H N ZieGL sin L ZieME sin L MU ZcU HU ZieGL cos L ZieME cos L
收稿日期：2014-05-08
捷联惯导静基座初始对准技术仿真
郭勇
中北大学仪器与电子学院 山西太原 030051
一、引言
捷联 惯 导 系 统（Strapdown Inertial Navigation System，简称 SINS）的导航解算的关键问题就 是在导航积分开始时获得姿态、速度和位置变量的初 始值，这就是初始对准问题。时间和精度是对准技术 主要的技术指标，在尽可能短的时间内达到最高的对 准精度，是捷联惯导初始对准技术追求的目标。
（26）
P(k 1) (Imx K (k 1)H (k 1))P(k 1k) （27） 其中，x ∈ Rn—系统的状态向量；
z ∈ Rm—系统的观测向量； φ (k+1,k) ∈ Rn×n —离散化的状态转移矩阵（系统
矩阵）；
传感器世界 2014.08
Vol.20 NO.08 Total 230
取 Zc
«ª ¬
GVN R
GVE R
ºT 0»
，式（14）可表示为：
¼
°M E ° °®MN °
GVN R
HE
ZieMN sin L ZieMU cos L
捷联惯性导航系统初始对准原理
第二章捷联惯导系统的初试对准2.1引言惯导系统是一种自主式导航系统。
它不需要任何人为的外部信息，只要给定导航的初始条件（例如初始速度、位置等），便可根据系统中的惯性敏感元件测量的比力和角速率通过计算机实时地计算出各种导航参数。
由于“平台”是测量比力的基准，因此“平台”的初始对准就非常重要。
对于平台惯导系统，初试对准的任务就是要将平台调整在给定的导航坐标系的方向上。
若采用游动方位系统，则需要将平台调水平---称为水平对准，并将平台的方位角调至某个方位角处---称为方位对准。
对于捷联惯导系统，由于捷联矩阵T起到了平台的作用，因此导航工作一开始就需要获得捷联矩阵T的初始值，以便完成导航的任务。
显然捷联惯导系统的初始对准就是确定捷联矩阵的初始值。
在静基座条件下，捷联惯导系统的加ω。
因此b g及速度计的输入量为---b g，陀螺的输入量为地球自转角速率bie bω就成为初始对准的基准。
将陀螺及加速度计的输入引出计算机，通过计ie算机就可以计算出捷联矩阵T的初始值。
由以上的分析可以看出，陀螺及加速度计的误差会导致对准误差；对准飞行器的干扰运动也是产生对准误差的重要因素。
因此滤波技术对捷联系统尤其重要。
由于初始对准的误差将会对捷联惯导系统的工作造成难以消除的影响，因此研究初始对准的误差传播方程也是非常必要的。
2.2 捷联惯导系统的基本工作原理捷联式惯性导航系统，陀螺仪和加速度计直接及载体固联，加速度计测量是载体坐标系轴向比力，只要把这个比力转换到导航坐标系上，则其它计算就及平台式惯性导航系统一样，而比力转换的关键就是要实时地进C，姿态矩阵也称行姿态基准计算来提供数学平台，即实时更新姿态矩阵nbC也可表为捷联矩阵。
一般选择地理坐标系为导航坐标系，那么捷联矩阵nb C，其导航原理图如图2.1所示。
示为tb由惯导系统的工作原理可以看出，捷联式惯性导航系统有以下几个主要优点: 1.惯性敏感器便于安装、维修和更换。
2.惯性敏感器可以直接给出舰船坐标系轴向的线加速度、线速度，供给舰船稳定控制系统和武备控制系统。
一种快速精确的捷联惯性导航系统静基座自主对准新方法研究
<E = 0
<N = 0
(11)
<U = 0
在精对准过程中 ,除了要尽可能精确地计算出
平台失准角矢量 < ,还需要估计出加速度计和陀螺
仪的输出误差 ,以便在之后的 SINS 力学编排计算中
予以补偿 。通常将加速度计和陀螺仪的输出误差建
模成随机常数 、一阶马尔可夫过程和白噪声的组合 。
如果一阶马尔可夫过程的相关时间足够长 ,那么随 机常数项和一阶马尔可夫过程项就可以等效成一个
根据以上分析 ,并考虑到比力的定义[4] ( f = a
收稿日期 :2006212226 ; 修回日期 :2007204217
134
宇航学报
第 29 卷
- g) , 有
0
f
n ib
=
an -
gn
=-
gn
=
0
(3)
g
以及
0
ωn ib
=
ωn ie
+
ωn eb
=
ωn ie
=
ω ie
co
sφ
(4)
ωie sinφ
+
w gz
式中
·
x
=-β x
x+w x
·
y
=-β y
y+w y
·
z =-βz z + w z
ε x
=
-
βεxεx
+
wε x
ε y
=
-
βεyεy
+
wε y
ε z
= - βεzεz +
wε z
(13)
第1期
周姜滨等 :一种快速精确的捷联惯性导航系统静基座自主对准新方法研究