李雙喜 韓利軍

北京航天自動控制研究所，北京100854

利用標定好的載體主慣導(dǎo)的信息對艦載飛行器子慣導(dǎo)進行傳遞對準是艦載飛行器機動發(fā)射的一項重要技術(shù)，它的精度與時間決定了艦載飛行器發(fā)射導(dǎo)航計算初始姿態(tài)的精度與準備時間。慣導(dǎo)系統(tǒng)傳遞對準是動基座對準的一種，是指載體航行時利用已經(jīng)對準好的主慣導(dǎo)對安裝在載體上的飛行器子慣導(dǎo)進行初始對準。

傳遞對準是用于解決艦載飛行器慣導(dǎo)系統(tǒng)在動基座條件下初始對準問題的一項技術(shù)。在傳遞對準過程中，需要引入艦上高精度主慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航信息，并以此信息為基準，通過一定的機動航行，消除主、子慣導(dǎo)系統(tǒng)之間的對準誤差，確定出子慣導(dǎo)系統(tǒng)的正確姿態(tài)。目前國內(nèi)外對捷聯(lián)慣導(dǎo)的傳遞對準研究較多［1－3］，一般在地理系建立傳遞對準模型。

本文針對艦載飛行器平臺慣導(dǎo)傳遞對準技術(shù)，在慣性坐標系建立了速度匹配、“速度+姿態(tài)”匹配卡爾曼濾波方程?？紤]艦艇的搖擺運動，進行了不同機動方式下艦載飛行器平臺慣導(dǎo)傳遞對準效果數(shù)學(xué)仿真，并設(shè)計了精度實時檢驗方法。

1 傳遞對準數(shù)學(xué)模型

本文使用以下幾個坐標系:i 為發(fā)射慣性坐標系;b 為載體坐標系;p 為平臺坐標系。

1.1 傳遞對準狀態(tài)方程

1.1.1 速度誤差方程發(fā)射慣性坐標系內(nèi)的速度向量方程如式(1):

在慣導(dǎo)計算機中計算的載體速度向量微分方程為［4－5］:

式(2)與(1)相減可以得到:

式中，δg 為引力計算誤差。假設(shè)地球為勻質(zhì)圓球，則可認為為引力系數(shù)，R 為子慣導(dǎo)系統(tǒng)所處位置的地心向量，以δg 近似表示R 的計算誤差δR 引起的引力計算誤差，其它由模型不準確造成的引力誤差認為是白噪聲并考慮在wΔ中，則:

綜上，可得主子慣導(dǎo)系統(tǒng)速度誤差方程

1.1.2 位置誤差方程

1.1.3 平臺失準角誤差方程

其中，ε，wε分別為陀螺儀的常值漂移和隨機漂移。

1.2 卡爾曼濾波器設(shè)計

1.2.1 狀態(tài)方程

綜合速度誤差、位置誤差和平臺失準角誤差方程，可得如下系統(tǒng)狀態(tài)方程:

狀態(tài)變量為

1.2.2 速度匹配量測方程

取速度誤差作為觀測量，量測方程如下:

其中，H = (03×3I3×303×9)，V(t)為量測噪聲。

1.2.3 “速度+姿態(tài)”匹配量測方程

取平臺誤差角和速度誤差作為觀測量，量測方程如下:

2 數(shù)學(xué)仿真

2.1 運動狀態(tài)

(1)飛行器初始參數(shù)

俯仰角φ=89°，偏航角ψ=0°，滾動角γ=0°。

(2)艦艇搖擺參數(shù)

2)偏航運動參數(shù)

3)縱搖運動參數(shù)

(3)運動參數(shù)

1)直線運動:以一定的速度，沿北向勻速直線航行。

2)圓弧機動:以一定的初速度，100 m 為半徑做圓弧運動。

2.2 慣性器件精度

假設(shè)子慣導(dǎo)陀螺常值漂移為0.005(°)/s，加速度計零偏10－5g0。

2.3 仿真結(jié)果

(1)速度匹配

?

(2)“速度+姿態(tài)”匹配

?

3 精度檢驗方法

由于傳遞對準系統(tǒng)精度受到多方面因素的影響，還需要設(shè)計精度檢驗方法對傳遞對準在實際工作情況下達到的精度進行驗證。方法如下:

1)將主慣導(dǎo)、子平臺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與雙星定姿系統(tǒng)(即利用2個按一定角度安裝的星敏器同時測量2 顆恒星，從而解算出子平臺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的姿態(tài)信息)固定安裝在鋼板上，鋼板固定在試驗船上;

2)主慣導(dǎo)對準后，開始導(dǎo)航解算。試驗船以預(yù)定航行速度開始行駛;

3)試驗船行駛過程中，子平臺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進行快速粗調(diào)平、方位粗對準;

4)試驗船行駛過程中，子平臺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)利用主慣導(dǎo)傳遞的信息進行傳遞對準;

5)雙星定姿系統(tǒng)通過測量恒星，實時輸出子平臺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的姿態(tài)信息;

6)傳遞對準完成后，利用雙星定姿系統(tǒng)對傳遞對準的精度進行評估。

圖1 精度檢驗方法框圖

4 結(jié)論

采用速度匹配方法時，艦艇的機動可以有效提高對準的精度并縮短對準時間。采用“速度+ 姿態(tài)”匹配方法時，不需要艦艇做特殊的機動，就可以在較短的時間內(nèi)達到較高的精度。但是實際對準時，艦艇的形變及振動可能對對準精度造成影響，還需要進行大量的試驗來對對準方法進行檢驗。

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