劉群昌, 唐夢麗, 董金華, 牟方佳, 楊道安

(中國航天科工集團(tuán)第九總體設(shè)計部, 武漢 430040)

0 引言

光學(xué)慣導(dǎo)的敏感元件采用斜置安裝技術(shù),可以擴(kuò)大載體三軸方向的角速度和加速度測量范圍,節(jié)省傳感器安裝空間,這種斜置安裝方式給慣導(dǎo)標(biāo)定帶來了新的技術(shù)難題。文獻(xiàn)[1]利用慣導(dǎo)與臺體的方向余弦矩陣,采取傳統(tǒng)的元件級標(biāo)定方法,完成慣導(dǎo)單元標(biāo)定,標(biāo)定精度不僅取決于臺體定位精度,而且受慣導(dǎo)與臺體的方向余弦矩陣精度影響;文獻(xiàn)[2]將傳統(tǒng)的零位、比例因子、安裝誤差等參數(shù)等效考慮為一個轉(zhuǎn)換矩陣,采用元件級標(biāo)定技術(shù)分離誤差參數(shù),標(biāo)定的最終精度依賴于臺體的定位精度。

文中提出了基于系統(tǒng)標(biāo)定理論[3]的斜置光學(xué)慣導(dǎo)標(biāo)定技術(shù),通過建立虛擬的臺體坐標(biāo)系,采用自對準(zhǔn)技術(shù)獲取臺體坐標(biāo)系與光學(xué)慣導(dǎo)的姿態(tài)關(guān)系,將斜置光學(xué)慣導(dǎo)的輸出轉(zhuǎn)換到虛擬臺體坐標(biāo)系中,完成在臺體坐標(biāo)系中的系統(tǒng)標(biāo)定,利用虛擬臺體坐標(biāo)系與慣導(dǎo)坐標(biāo)系之間的誤差參數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系,將臺體坐標(biāo)系中標(biāo)定的誤差參數(shù)轉(zhuǎn)換到慣導(dǎo)坐標(biāo)系中,完成光學(xué)慣導(dǎo)的誤差參數(shù)標(biāo)定。采用該算法對斜置慣導(dǎo)進(jìn)行標(biāo)定,能自主測量臺體坐標(biāo)系與慣導(dǎo)坐標(biāo)系之間的方向余弦矩陣,且對臺體的定位精度要求不高,慣導(dǎo)誤差參數(shù)辨識精度高,對工程應(yīng)用具有重要的參考意義。

1 慣導(dǎo)誤差模型

對光學(xué)慣導(dǎo)固定參考軸作如下假設(shè):x軸與Ax加速度計輸入軸一致(Maxy=Maxz=0),y軸位于Ax、Ay加速度計軸構(gòu)成的平面內(nèi)(Mayz=0),則光學(xué)慣導(dǎo)系統(tǒng)中慣性儀表的誤差模型可表述為:

2 斜置系統(tǒng)標(biāo)定原理

IMU采用斜置安裝技術(shù),坐標(biāo)軸由3個正交陀螺、加速度計敏感軸線約束,安裝誤差依然為小量,坐標(biāo)關(guān)系示意圖如圖1所示。

2.1 粗對準(zhǔn)

通過加速度計信息可以獲取俯仰角和滾動角的值,方位的辨識方法參見第2.3節(jié),利用得到的方位角、俯仰角和滾動角信息再重新計算姿態(tài)信息Cgp,完成初始位置靜基座對準(zhǔn)。

2.2 誤差分離

對b系下的誤差模型定義與p系一致,即δfb

通過文獻(xiàn)[4]可知,系統(tǒng)標(biāo)定方法可以分離b系下的21個誤差參數(shù)。

從上式可以看出誤差參數(shù)轉(zhuǎn)換到p系后為24個,根據(jù)p系下定義的誤差模型可知,需要對安裝誤差做進(jìn)一步的合并處理,限于篇幅在此不再推導(dǎo)。

2.3 方位辨識

3 仿真結(jié)果與結(jié)論

根據(jù)推導(dǎo)出的斜置光學(xué)慣導(dǎo)系統(tǒng)標(biāo)定方法,對慣導(dǎo)在各個不同典型的初始條件進(jìn)行了仿真,仿真初始條件:

1)臺體:方位角90°,俯仰角0°,橫滾角90°,慣導(dǎo):方位角93°,俯仰角50°,橫滾角50°;

2)臺體:方位角93°,俯仰角3°,橫滾角93°,慣導(dǎo):方位角87°,俯仰角70°,橫滾角70°。

仿真結(jié)果部分參數(shù)如表1。

仿真結(jié)果表明,利用光學(xué)慣導(dǎo)斜置系統(tǒng)標(biāo)定算法計算出的慣性儀表參數(shù)與理論值的差值在1.0e-6數(shù)量級,陀螺零位誤差在1.0e-3數(shù)量級,參數(shù)收斂速度較快,能自主測量慣導(dǎo)坐標(biāo)系到臺體坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,且降低了對轉(zhuǎn)臺的定位精度的要求,對實(shí)際工程應(yīng)用具用重要的參考意義。

表1 仿真結(jié)果

參考文獻(xiàn):

[1] 程耀強(qiáng), 徐德民, 萬彥輝, 等. 斜裝激光陀螺石英加速度計標(biāo)定算法研究 [J]. 壓電與聲光, 2013, 35(3): 362-367.

[2] 郭鵬飛, 任章. 斜置慣性測量單元的一體化標(biāo)定技術(shù) [J]. 中國慣性技術(shù)學(xué)報, 2007, 15(3): 377-381.

[3] 董金華, 楊道安, 陸俊清, 等. 基于系統(tǒng)標(biāo)定理論的機(jī)械和光學(xué)慣導(dǎo)統(tǒng)一標(biāo)定算法 [J]. 彈箭與制導(dǎo)學(xué)報, 2014, 34(3): 29-32.

[4] 楊曉霞, 黃一. 激光捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的一種系統(tǒng)級標(biāo)定方法 [J]. 中國慣性技術(shù)學(xué)報, 2008, 16(1): 1-7.