楊曉東，夏衛(wèi)星

(海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266199)

平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)三點(diǎn)校的常值誤差解析

楊曉東，夏衛(wèi)星

(海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266199)

為估計(jì)和補(bǔ)償各種誤差源引起的綜合校正誤差，針對(duì)平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)綜合校正中的三點(diǎn)校，從理論上分析了外界測(cè)量信息誤差和慣性平臺(tái)水平誤差對(duì)陀螺常值漂移綜合校正效果的影響，并對(duì)受外界測(cè)量信息誤差影響的三點(diǎn)校過(guò)程進(jìn)行仿真。研究結(jié)果表明：“三點(diǎn)?！睂?duì)陀螺常值漂移的估計(jì)誤差，與重調(diào)時(shí)刻的量測(cè)誤差、慣性平臺(tái)水平失調(diào)角均呈線性關(guān)系，提高外界測(cè)量信息和慣性平臺(tái)水平測(cè)量精度，是提高三點(diǎn)校精度的關(guān)鍵。

導(dǎo)航；綜合校正；三點(diǎn)校；常值誤差分析；平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)

0 引 言

為提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)精度，常用綜合校正估計(jì)陀螺漂移，即定期地對(duì)陀螺漂移進(jìn)行測(cè)定和補(bǔ)償，并重調(diào)系統(tǒng)航向和位置，主要校正方式可分為兩點(diǎn)校、三點(diǎn)?；螯c(diǎn)點(diǎn)校。其中，三點(diǎn)校是在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，連續(xù) 3 次獲得外部準(zhǔn)確位置信息并進(jìn)行系統(tǒng)重調(diào)，估計(jì)出陀螺常值漂移。通常，位置信息由GPS（或GLONASS）給出[1]。受外界測(cè)量信息誤差、載體運(yùn)動(dòng)及慣導(dǎo)系統(tǒng)本身的影響，經(jīng)校正所得的陀螺常值漂移存在誤差，直接影響綜合校正的效果。在考慮陀螺隨機(jī)漂移和動(dòng)態(tài)誤差的影響后，文獻(xiàn)[2-3]提出了在無(wú)阻尼綜合校正方法。另外，校正結(jié)束后的系統(tǒng)參數(shù)突變導(dǎo)致導(dǎo)航系統(tǒng)平衡狀態(tài)遭到破壞，產(chǎn)生超調(diào)，降低了系統(tǒng)精度，文獻(xiàn)[4-5]采用自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)，改善了綜合校正中的超調(diào)問(wèn)題。文獻(xiàn)[6-9]綜合考慮外信息誤差以及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)平臺(tái)誤差，并針對(duì)這兩類誤差對(duì) GPS/INS 組合導(dǎo)航統(tǒng)的影響進(jìn)行討論。

本文討論三點(diǎn)校過(guò)程中外界量測(cè)誤差與平臺(tái)水平失調(diào)角對(duì)陀螺漂移估計(jì)的影響，并從理論上進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真與分析。

1 基于誤差的三點(diǎn)校原理

載體在空間運(yùn)動(dòng)，矢量Ф（t）為平臺(tái)坐標(biāo)系相對(duì)地理坐標(biāo)系的誤差角；ψ（t）為平臺(tái)坐標(biāo)系相對(duì)計(jì)算機(jī)坐標(biāo)系的誤差角；Θ（t）為計(jì)算機(jī)坐標(biāo)系相對(duì)地理坐標(biāo)系的誤差角。根據(jù)定義：

設(shè)東北天地理坐標(biāo)系為OXYZ，Ф（t）在OXYZ系下各軸向的分量分別為α（t），β（t）和γ（t），即

2 三點(diǎn)校過(guò)程誤差分析

由式（16）可知，在目前的外界測(cè)量信息及平臺(tái)水平精度條件下，三點(diǎn)校中陀螺漂移估計(jì)誤差的量級(jí)為 0.001°·h-1；由于東向、北向平臺(tái)水平失調(diào)角分別和經(jīng)緯度誤差造成的估計(jì)誤差相同，因此陀螺漂移的估計(jì)誤差主要由量級(jí)較高的平臺(tái)水平失調(diào)角引起。

3 仿真與分析

仿真環(huán)境為 Matlab7.0，采用文獻(xiàn)[15]中介紹的平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)仿真方法，對(duì)三點(diǎn)校過(guò)程進(jìn)行仿真。仿真步長(zhǎng) 40 s，時(shí)間 36 h。

仿真方法：令陀螺常值漂移、加速度計(jì)誤差和慣導(dǎo)系統(tǒng)初始誤差均為 0，在重調(diào)時(shí)刻添加外界測(cè)量信息誤差，即陀螺漂移值僅為外界測(cè)量信息誤差引起。

設(shè)定仿真條件為：潛艇航行緯度 30° N，初始速度V= 2 m/s，航向H0= 90°。2 次重調(diào)的時(shí)間間隔為 10 h。設(shè)第i次重調(diào)時(shí)刻經(jīng)緯度的量測(cè)誤差分別為 Δλi和Δφi，在不同的量測(cè)誤差下，仿真得到的陀螺漂移值和式（16）計(jì)算的理論值如表 1 所示。

由表 1 可見(jiàn)，理論公式和仿真計(jì)算的結(jié)果基本一致，驗(yàn)證了上述結(jié)論。當(dāng) Δφ1= -Δφ2= Δφ3= 0.5，Δλ1= -Δλ2= Δλ3= -0.5 時(shí)，得到仿真計(jì)算的陀螺漂移最大值 4.448°·h-1× 10-5，與式（10）的計(jì)算結(jié)果比較可見(jiàn)：對(duì)“三點(diǎn)校”而言，隨著量測(cè)設(shè)備精度的不斷提高，量測(cè)誤差引起的陀螺漂移估計(jì)誤差很小甚至可忽略不計(jì)，故平臺(tái)水平失調(diào)角是影響估計(jì)和校正精度的主要誤差源。

表 1 仿真結(jié)果和理論值對(duì)比Tab.1 Comparison of simulation results and theoretical value

4 結(jié) 語(yǔ)

論文以慣性導(dǎo)航系統(tǒng)三點(diǎn)校方法為研究對(duì)象，深入剖析了外界信息誤差和慣導(dǎo)平臺(tái)水平誤差角對(duì)三點(diǎn)校正過(guò)程的影響。本文從理論上推導(dǎo)分析了陀螺漂移估計(jì)誤差的影響公式，并采用計(jì)算機(jī)仿真對(duì)理論分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)論充分說(shuō)明，影響慣性導(dǎo)航系統(tǒng)三點(diǎn)校正的主要因素為平臺(tái)水平失調(diào)角，對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償是提高校正精度的關(guān)鍵，研究結(jié)論可為進(jìn)一步提高慣性導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航精度提供理論參考。

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Constant error analysis of gimbaled INS in three-point comprehensive calibration

YANG Xiao-dong, XIA Wei-xing
(Department of Navigation and Communication, Submarine Academy, Qingdao 266199, China)

The influence caused by exoteric information error and platform horizontal error in two-point comprehensive calibration was studied in theory.The relation between maximum value of gyro drift error and calibration intervals was derived.It also represented the simulation of three-point calibration affected by exoteric information error.The study result shows that these two kinds of error are both linear with the estimation error of the constant gyro drift.In order to treat it as a high precision approach of calibration, it is important to increase the exoteric information precision and platform horizontal accuracy efficiently.

navigation；comprehensive calibration；three-point comprehensive calibration；constant error analysis；gimbaled INS

U666.1

：A

1672-7619(2017)01-0118-04doi：10.3404/j.issn.1672-7619.2017.01.024

2016-01-25；

: 2016-03-17

楊曉東(1963-)，男，博士，教授，研究方向?yàn)楹胶?dǎo)航。