韓雪峰

(海軍裝備部駐大連地區(qū)第二軍事代表室，遼寧 大連 116021)

0 引 言

對于艦艇發(fā)射平臺，由于艦船的機動能力有限不能刻意完成首搖、橫搖、縱搖等機動，僅能靠船體作轉(zhuǎn)向運動或由于風浪的作用引起船體自身的晃動，提供角速度激勵，因此所采用的傳遞對準方式需要在特定的角運動下才能完成，且對準精度和速度不能得到保證[1]，通常采用速度匹配方式完成艦船平臺下的傳遞對準。采用該方式進行傳遞對準，水平姿態(tài)誤差角由于重力的作用，能很快收斂，但航向角的對準精度和對準速度，取決于對準過程中載體所感測到的水平比力的大小，由于艦船慣性很大，加速或減速都非常緩慢，因此在對準過程中需要做轉(zhuǎn)彎運動以提供水平方向的比力[2–3]。由于現(xiàn)階段艦船常用的捷聯(lián)慣導在運動中可提供較精確的姿態(tài)和角速度信息，所以本文設計提出一種基于“姿態(tài)+速度”匹配的傳遞對準方法，并對不同桿臂條件下的對準情況進行了仿真研究。

1 傳遞對準方案設計

1.1 坐標系定義

1）導航坐標系（ n 系）

文中采用東北天地理坐標系作為導航坐標系。

2）主慣導載體坐標系（ bm系）

原點位于主慣導中心的右前上坐標系。

3）子慣導載體坐標系（ bs系）

原點位于子慣導中心的右前上坐標系。

1.2 速度匹配傳遞對準

1）速度匹配傳遞對準狀態(tài)方程

取狀態(tài)變量為：

其中： φn為子慣導姿態(tài)誤差角；為子慣導速度誤差；為子慣導陀螺的常值漂移；為子慣導加速度計的常值偏置誤差。則系統(tǒng)的狀態(tài)方程為：

綜上所述，速度匹配傳遞對準狀態(tài)方程寫成矩陣形式如下：

2）速度匹配傳遞對準的量測方程

在傳遞對準開始時刻將主慣導的姿態(tài)、速度和位置裝訂給子慣導。子慣導根據(jù)初始裝訂值開始進行導航解算，子慣導給出的載體地速為此時主慣導輸出的載體地速為由主慣導輸出計算得到的桿臂速度為其中 rbm為桿臂矢量，則速度匹配的量測為：

定義：

又因為子慣導地速可以表示為：

令

在速度匹配傳遞對準過程中將 VV作為等效量測噪聲，則速度匹配傳遞對準量測方程為：

3）速度匹配傳遞對準狀態(tài)空間模型

根據(jù)式（2）和式（12）得速度匹配傳遞對準的狀態(tài)空間模型為：

1.3 速度＋姿態(tài)匹配傳遞對準

則有：

構造如下矩陣：

由式（18）可知， ZDCM為反對稱陣，記ZDCM=則Zx，Zy，Zz可 按 下 式 確 定：

其中 ZDCM按式（1 4）確定。選取量測量為Zθ=根據(jù)（19）式，可得姿態(tài)量測方程為：

2）姿態(tài)+速度匹配傳遞對準狀態(tài)空間模型

寫成矩陣形式如下：

量測方程為：

式中， V 為零均值Gauss 白噪聲。

2 設計方案研究驗證

2.1 仿真條件

仿真條件如表1 所示，載體運動軌跡如表2 和表3所示。

表1 仿真條件Tab.1 The simulation conditions

2.2 不考慮桿臂與撓曲變形仿真

1）仿真1

不考慮桿臂與撓曲變形，載體按軌跡1 運動，選取0.005°/h 的陀螺儀進行仿真，仿真結果如圖1 所示。

2）仿真2

不考慮桿臂與撓曲變形，載體按軌跡1 運動，選取0.1°/h 的陀螺儀進行仿真，仿真結果如圖2 所示。

表2 軌跡1Tab.2 Track 1

表3 軌跡2Tab.3 Track 2

圖1 傳遞對準誤差Fig.1 Transfer alignment error

3）仿真3

不考慮桿臂與撓曲變形，載體按軌跡2 運動，選取0.005°/h 的陀螺儀進行仿真，仿真結果如圖3 所示。

4）仿真4

不考慮桿臂與撓曲變形，載體按軌跡2 運動，選取0.1°/h 的陀螺儀進行仿真，仿真結果如圖4 所示。

從仿真結果可以看出，在不考慮撓曲和桿臂的情況下，水平安裝誤差角估計可以迅速收斂且與機動狀態(tài)關系不大，經(jīng)過10 s 鐘的對準后，水平安裝誤差角誤差小于1 角分。航向安裝誤差角對準精度和對準速度主要取決于機動的大小，經(jīng)過20 s 的機動后軌跡1 的航向安裝誤差角的對準精度較高小于1 角分，而對于軌跡2 由于航向角速度太小，經(jīng)過20 s 的機動后并沒有完全收斂，要達到更高的對準精度需要進一步作轉(zhuǎn)彎機動。

圖2 傳遞對準誤差Fig.2 Transfer alignment error

圖3 傳遞對準誤差Fig.3 Transfer alignment error

圖4 傳遞對準誤差Fig.4 Transfer alignment error

2.3 考慮桿臂與撓曲變形仿真

1）仿真5

設載體按軌跡1 運動，選取0.005°/h 的陀螺儀進行仿真，仿真結果如圖5 所示。

圖5 傳遞對準誤差Fig.5 Transfer alignment error

2）仿真6

設載體按軌跡1 運動，選取0.1°/h 的陀螺儀進行仿真，仿真結果如圖6 所示。

3）仿真7

設載體按軌跡2 運動，選取0.005°/h 的陀螺儀進行仿真，仿真結果如圖7 所示。

4）仿真8

設載體按軌跡2 運動，選取0.1°/h 的陀螺儀進行仿真，仿真結果如圖8 所示。

圖6 傳遞對準誤差Fig.6 Transfer alignment error

圖7 傳遞對準誤差Fig.7 Transfer alignment error

圖8 傳遞對準誤差Fig.8 Transfer alignment error

從仿真5～仿真8 可以看出，當存在桿臂和撓曲變形時，與不考慮桿臂和撓曲變形的情況相比傳遞對準精度受到嚴重影響，這是因為當存在撓曲變形時姿態(tài)量測受到撓曲變形的污染而變差。但是對于相同的撓曲變形的情況下，軌跡中角速度越大則對準效果越好，這是因為角速度越大越有利于提高姿態(tài)量測得信噪比，有助于提高傳遞對準的精度。因此，在考慮撓曲變形的情況下盡量選擇較大的機動來提高對準精度。

3 結 語

本文設計一種基于“姿態(tài)+速度”匹配的傳遞對準方法，并對不同桿臂條件下的對準情況進行了仿真研究。試驗結果表明，所提方法在配合有合理機動的條件下，能有效的實現(xiàn)傳遞對準，為后續(xù)應用奠定基礎。