孫權(quán)

（海裝廣州局駐昆明第一軍代室，云南 昆明650107）

自航式誘餌（下簡稱誘餌）欺騙來襲魚雷和敵方聲吶，可掩護(hù)我潛艇機(jī)動(dòng)規(guī)避，對于潛艇生存具有重要意義。目前誘餌朝著大航程、尺度模擬、誘殺型方向發(fā)展，這要求誘餌航行中能精確進(jìn)行導(dǎo)航和控制，而誘餌目前控制導(dǎo)引精度不高。

主要原因是傳統(tǒng)航向陀螺漂移誤差較大；不能完全補(bǔ)償?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)影響；擺式加速度計(jì)、垂直陀螺給出的姿態(tài)角不精確；受浪涌影響，陀螺啟動(dòng)瞬間受各種干擾，隨機(jī)漂移較大，加劇降低航向角和姿態(tài)角精度；誘餌速度一般由螺旋槳或電機(jī)轉(zhuǎn)速折算，精度低，積累誤差大[1]。

而捷聯(lián)慣性技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)航控制參數(shù)解算時(shí)考慮了地球自轉(zhuǎn)和載體相對地球運(yùn)動(dòng)，其航向角、姿態(tài)角、速度精度較高；大幅度地降低了陀螺啟動(dòng)時(shí)間，可縮短系統(tǒng)準(zhǔn)備時(shí)間；能提供更多且為數(shù)字化的導(dǎo)航控制參數(shù)，有利于應(yīng)用數(shù)字濾波技術(shù)進(jìn)一步提高參數(shù)精度；克服了傳統(tǒng)敏感元件大角度測量限制，有利于解決敏感元件輸出不正常引起的非控段問題；較大程度上減少了敏感元件復(fù)雜性，便于維護(hù)[2-3]。

1 誘餌捷聯(lián)慣性系統(tǒng)構(gòu)建

誘餌捷聯(lián)慣性系統(tǒng)由慣性測量組件和導(dǎo)航計(jì)算機(jī)組成，慣性測量組件包括陀螺和加速度計(jì)。陀螺測量載體相對慣性坐標(biāo)系（i系）在載體坐標(biāo)系（b系）三個(gè)軸上的角速度上角標(biāo)b表示角速度在載體坐標(biāo)系上的投影。陀螺信號(hào)經(jīng)采樣送至導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，誤差補(bǔ)償后進(jìn)行姿態(tài)矩陣（也稱捷聯(lián)矩陣）計(jì)算，再利用即時(shí)值計(jì)算首向角H、俯仰角θ和橫滾角γ，由首向角可進(jìn)一步計(jì)算航向角。與此同時(shí)，加速度計(jì)組件測量沿載體坐標(biāo)系三個(gè)軸的加速度信號(hào)，輸入導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，經(jīng)誤差補(bǔ)償后，通過姿態(tài)矩陣轉(zhuǎn)換成沿平臺(tái)坐標(biāo)系各軸的加速度信號(hào)（本文平臺(tái)坐標(biāo)系取為地理坐標(biāo)系），然后進(jìn)一步計(jì)算即可得到誘餌速度及其位置。

2 誘餌捷聯(lián)慣性系統(tǒng)控制參數(shù)解算

2.1 姿態(tài)矩陣計(jì)算

誘餌載體坐標(biāo)系OXbYbZ（bb系）可由地理坐標(biāo)系OXtYtZt（t系）繞坐標(biāo)軸依次旋轉(zhuǎn)H、θ、γ三個(gè)角度得到，H、θ、γ為誘餌首向角、俯仰角、橫滾角，t系到b系的變換矩陣為：

根據(jù)剛體定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)理論，載體坐標(biāo)系相對地理坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)還可通過四元數(shù)法來表示[4]。設(shè)四元數(shù)q表示b系相對t系之間的轉(zhuǎn)動(dòng)，q=q0+q1ib+q2jb+q2kb，其中ib、jb、kb為四元數(shù)向量部分的基，其方向與載體坐標(biāo)系三個(gè)軸一致。

四元數(shù)q與捷聯(lián)矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣Tbt的關(guān)系為[2]：

q的即時(shí)值可由下式計(jì)算：

式（3）中，q（t）、q（t－T）分別為時(shí)間t和t－T時(shí)刻的四元數(shù)，T為導(dǎo)航控制參數(shù)解算周期，［Δθ］和Δθ0分別為：

式（7）中，ωie為地球自轉(zhuǎn)角速率，L為誘餌緯度，計(jì)算公式如下：

式（8）中：Vx、Vy即為誘餌運(yùn)動(dòng)速度在地理坐標(biāo)系中分量；R為地球半徑。

2.2 誘餌航向角及姿態(tài)角計(jì)算

誘餌首向角H取值范圍為［0.2π］，俯仰角θ為［-π/2，π/2］，橫滾角γ為［-π，π］，設(shè)誘餌發(fā)射瞬間航向基準(zhǔn)坐標(biāo)系的OXS軸與北向夾角為H0，考慮到誘餌航向取值為［-π，π］，則誘餌航向?yàn)椋?/p>

2.3 誘餌速度計(jì)算

在指北方位系統(tǒng)中，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)基本方程為[5]：

2.4 誘餌深度計(jì)算

誘餌深度可由誘餌垂直方向速度分量積分而得：

2.5 誘餌位置計(jì)算

誘餌經(jīng)度λ、緯度L可采用如下公式計(jì)算：

注意，采用公式（13）計(jì)算的深度是發(fā)散的，實(shí)際工程中可以采用深、淺水壓力組合傳感器對誘餌深度進(jìn)行測量的。

3 結(jié)語

在誘餌中通過慣性測量組件和導(dǎo)航計(jì)算機(jī)構(gòu)建起捷聯(lián)慣性系統(tǒng)，進(jìn)行誘餌航向角、姿態(tài)角、速度、深度、位置等導(dǎo)航控制參數(shù)解算，可以提高航向角、姿態(tài)角等控制參數(shù)精度，降低陀螺啟動(dòng)時(shí)間，降低成本，提高可靠性和維修性，有利于提高誘餌機(jī)動(dòng)性和精確制導(dǎo)，有利于誘餌實(shí)現(xiàn)大傾角下潛和大角度旋回，迅速達(dá)到航行深度開展對抗，有效欺騙敵方聲吶和來襲魚雷，提高作戰(zhàn)效能。