捷联惯导／天文组合导航

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$慢变 漂 移 ! 这种漂移分量可用一阶马尔 ! 科夫过程描述之 ! > % / " &% ! ( ( ’% ( / "# ( / (A ( /! 8
息! 而且能够 提 供 高 精 度 的 姿 态 信 息 ! 但其缺点 是输出信息不连续 % 将捷联惯性导航系统与天 文导航 系统 组合 ! 构成了扬长避短的组合制导系 统 ! 利用 星光 信息 去修正主动段捷联惯导系统的 姿态误 差 & 陀螺 常 值漂移 & 初始 失 准 角 引 起 的 误 差 和 发 射 点 误 差 ! 可以大大提高导航系统的精度 %
A( / 是一阶马尔科夫过程的随机白噪声 !
$快变 漂 移 ! 这种漂移分量可抽象化为白 U 噪声过程 AC 即" /% $ )"_ N( AC $ AC $#-$ / " &% ! -$ %# ! ’% /# /# / C 式中%# $#-$为狄拉克% 函数 ! 综上所述 % 陀螺漂移模型可化为 " $"* $ $ $ $ $ $ $ (* ( AC * /# L /# ( /# /# "> "! 加速度计误差模型 与陀螺漂移误差模型的分 析类似 % 加速度 计 但在组合导航设计 误差模型可 分 为 三 种 分 量 % 中% 一 般 只 考 虑 随 机 常 值 误 差% 即偏置误差
第! "卷!第!期 ! ! # # "年# $月
弹!箭!与!制!导!学!报 ! !6 % & ’ ( ) * + & ,( & / 0 1 2 + / 3 4 & 0 5 / 1 3 2 3 3 2 + / 3* ) 78 ’ 2 7 * ) 0 / .
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式中 "
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噪声过程 ! "> &! 状态方程 状态方程由位置误差 ’ 速度 误差和 平台 失准 角误差方程构成 ! $位置误差方程 " >
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C! 组合导航系统工作原理
在全捷联工作模式下 ! 捷联 惯导系 统能 实时
L > 输出弹体相对数 学 平 台 的 姿 态 转 换 矩 阵 ! 而 = %
星敏感器能实 时 输 出 弹 体 相 对 惯 性 空 间 的 姿 态
L ! 转换矩阵 ! 将这两个姿态转换矩阵中的对应 2 !
元素相减做差 ! 将所得到的差值 作为组 合导航 系
$ 2 ’ 9 2 S 9 2’ 6 3 * 4 3 .9 4 , 7 4 3 7 + 62 < 3 ( : : ;
!]<;8R !6E% ]<;8 6 2 ) H * & H 2 0 H / ) 2 * ) H ’ * C C " ! ( # O H /R / 0 & ) 7< ( 1 2 + + / ( ) 2 ) / / ( 2 ) & + + / / _ 2 * )S > # # ! T! J H 2 ) * F\ C CJ C ) ! > ? < 3 * 4 @ 3 O & 2 N ( & I / 1 H /= ( / 0 2 3 2 & )& , 1 H / 2 ) / ( 1 2 * +) * I 2 * 1 2 & )/ , , / 0 1 2 I / + 1 H 2 3= * / ( 2 ) 1 ( & 7 ’ 0 / 31 H /N / 1 H & 7& , 2 ) 1 / ( * 1 / 7 = C F = C ! $ * ) * + 3 / 3 1 H /K & ( 5 2 ) ( 2 ) 0 2 + /& ,R D ; R J ; R ) * I 2 * 1 2 & )L * 3 / 7& )3 1 ( * 7 & K ) 2 ) / ( 1 2 * + ) * I 2 * 1 2 & )* ) 73 1 * ( 3 / ) 3 & ( : X 2 ( 3 1 + F C= = C = C F ! 2 ) 1 / ( * 1 / 7) * I 2 * 1 2 & )3 3 1 / N: R / 0 & ) 7 + * ) * + 3 / 3 1 H / / ( ( & ( 3& , 1 H / 3 3 1 / N! 1 H /& ’ 1 ’ 1 3& , 1 H / 3 1 ( * 7 & K ) 2 ) / ( 1 2 * + ) * I 2 * M C C F F F F = = C ! L ’ 2 + 7 3 1 H // ( ( & ( 3 1 * 1 // ’ * 1 2 & )* ) 71 H /N / * 3 ’ ( / N / ) 1 / ’ * 1 2 & ) 1 2 & )* ) 73 1 * (3 / ) 3 & (* ( /’ 3 / 71 &0 & ) 3 1 ( ’ 0 1 1 H /& L 3 / ( I * 1 2 & ) P P ! & , 1 H / 3 3 1 / N: O H 2 ( 7 + / 3 1 2 N * 1 / 3 1 H / 3 1 * 1 / / ( ( & ( 3& , 1 H / 2 ) 1 / ( * 1 / 7) * I 2 * 1 2 & )3 3 1 / NL 3 2 ) * + N * ) , 2 + 1 / ( 2 ) 1 / 0 H ) & + M F F C C F F’ Ce C ! ! ! & 1 &0 & ( ( / 0 1 1 H /= & 3 2 1 2 & ) I / + & 0 2 1 ) 7 1 H / * ) + /& , 1 H /= & 3 2 1 2 & )& , 1 H / 3 1 ( * 7 & K ) 2 ) / ( 1 2 * + ) * I 2 * 1 2 & ) : < 1 + * 3 1 1 H / 3 2 N M C F F* C = C ’ + * 1 2 & )( / 3 ’ + 1 33 H & K1 H * 1 1 H /K * 2 3/ , , / 0 1 2 I / : F ) ’ ’e A 5 + * . < 3 1 ( * 7 & K ) 2 ) / ( 1 2 * +) * I 2 * 1 2 & )3 3 1 / N’ 3 1 * (3 / ) 3 & ( 2 ) 1 / ( * 1 / 7) * I 2 * 1 2 & ) * + N * ), 2 + 1 / ( 2 ) = C F C C C ;
来自百度文库
捷联惯导 ／天文组合导航 "
王明昊 ! 王仕成 ! 牟建华
" 第二炮兵工程学院 ! 西安 !S # > # # ! T 摘!要! 为了有效提高惯性导航精度 ! 文中介绍了一种基于星敏感器的捷联惯导组合导航方法 ! 首先分析了 捷 联惯导$星敏感器组合导航系统的工作原理 % 其次 ! 对组 合 导 航 系 统 进 行 建 模 ! 分析系统 误 差! 通过捷联惯导 和星敏感器的输出构造量测值 ! 建立系统的误差状态方程和量测方程 % 最后 ! 利用间接卡尔曼滤波 ! 估计出 组 合导航系统的误差状态量 ! 进而修正捷联惯导系统的位置 & 速度和姿态角 % 最终 ! 通过对仿真结果的分析证 实 了该方法的有效性 % 关键词 ! 捷联惯导系统 ’ 星敏感器 ’ 组合导航 ’ 卡尔曼滤波 中图分类号 ! ! " # $E & " W!! 文献标志码 ! <
/
在组合导航系 统 中 将 > 作 为 系 统 姿 态 误 差 的观测值建立系统 的 量 测 模 型 % 采用 e * + N * )滤 波反馈校正的 方 式 对 捷 联 惯 导 系 统 和 星 敏 感 器 输出的姿态转换矩阵信息进行数据 融 合 % 估计出 系统的各个误差状态量 % 然后用系统 误 差 估计 值 去校正捷联惯 导 系 统 算 法 编 排 中 的 相 应 导 航 参 数! 其工作原理图如图 > 所示 !
B +\ % ! # Q (U$ 0 & 3 3 % B "% +E %
$速度误差方程 " !
% 18 / " &% ! % ! ’% 2 "#
陀螺的随 机 性 漂 移 经 标 定 后 能 够 得 到 较 好 的补偿 % 但剩余的随机漂移是无法通 过 标 定确 定 的! 随机漂移是 十 分 复 杂 的 随 机 过 程 % 大致可概 括为三种分量 " $逐次 启 动 漂 移 ! 这种分量可用随机常数 > 描述之 !
隐 蔽 性 好! 不但能够提供位置信 为导航信息源 !
B! 引言
捷联 式 惯 导 系 统 " 3 1 ( * 7 & K )2 ) / ( 1 2 * +) * I 2 M = 即指将惯性器件" 陀螺仪 R D ; R# * 1 2 & )3 3 1 / N! C F 和加速度计 # 直接安装在载体 上的系 统 % 从 结 构 与平台 式 惯 导 系 统 相 比 ! 去掉了实体的惯 上说 ! 性平台而代之以存储在计算机里 的 * 数 学 平台 + % 具有成本低 & 可靠性高 & 维修简 便 & 故 障 率 低等 多 方面的优越 性 % 但 是 由 于 捷 联 惯 导 系 统 中 陀 螺 的误差存在随着时间积累而逐渐增 大 的缺 点 ! 难 以长时间独立工作 % 天文导航 技 术 " 0 / + / 3 1 2 * +) * I 2 * 1 2 & )3 3 1 / N! C F # 是 一 门 既 古 老 又 年 轻 的 技 术! 以其自主性 J ; R 强& 精度高 & 成本低廉等特点在各个领域得到了 越来越广泛 的 应 用 % 天 文 导 航 系 统 利 用 恒 星 作
+\ 1 * ) 3 +\ # +E % % 3 2 ) +; "#! $ +; # % / 3 ( Q (U % Q (U
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! # # VW# TW! $ " 收稿日期 ! 作者简介 ! 王明昊 " ! 男! 山东滕州人 ! 硕士研究生 ! 研究方向 ) 导航 & 制导与控制 % > " V $W #
*V V* 统的测量值 ! 即"
L > L ! > "! 2 = #!
弹 箭 与 制 导 学 报
第! "卷 !
式中 " 8 是一阶 马 尔 科 夫 过 程 的 相 关 时 间 常 数 % # $ >
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% 而忽略相关误差 ! 这是由于这种分量 !$ " &% ’% 相对较小 % 同时也是为了使滤波 器的维 数尽 量低
图 >! 组合导航系统工作原理示意图
些! 所以加速度计误差模型一般考虑为 "
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/ " &% ! ( A* ’% /!
"! 组合导航系统建模
文中选取地理坐标系作为导航坐标系 ! 设地球为旋转椭球体 % 建立惯性 & 天文 组 合 导航系统的状态方程和量测方程 % 其 中 涉 及到 惯 性坐标系 # 角标为2 $ ’ 地理坐标系# 角 标 为1 $ ’ 数 学平台坐标系 # 角标为 = $ ’ 弹体坐标系# 角标为 $等多个坐标系及其相互转换 ! L "> C! 陀螺误差模型 陀螺是运载体角运动的测量元 件 % 对惯 性 导 陀螺 的 误 差主 要 航的姿态误差产生直接的影响 ! 体现为漂移和刻度系数误差 % 这两类 误 差 都是 随 机误差 ! 刻度系数误差一般用随机常数来描述 "