車載捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)動(dòng)基座初始對(duì)準(zhǔn)方法研究.pdf

1、在陸用慣性導(dǎo)航領(lǐng)域，初始對(duì)準(zhǔn)對(duì)火炮等武器的瞄準(zhǔn)起到關(guān)鍵作用。初始對(duì)準(zhǔn)為捷聯(lián)慣性導(dǎo)航建立初始姿態(tài)，初始對(duì)準(zhǔn)精度的高低將會(huì)直接影響到后續(xù)慣性導(dǎo)航精度。為提高戰(zhàn)車的快速反應(yīng)能力，除了要提高對(duì)準(zhǔn)精度以外，還須要縮短對(duì)準(zhǔn)時(shí)間，并能夠?qū)崿F(xiàn)行進(jìn)間對(duì)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)邊走邊打。針對(duì)陸用捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(Strapdown Inertial NavigationSystem，SINS)初始對(duì)準(zhǔn)的應(yīng)用背景，本文分別研究了基座在靜止、晃動(dòng)和運(yùn)動(dòng)情況下的SINS初始對(duì)準(zhǔn)

2、方法，并提出或改進(jìn)相應(yīng)的方法用以提高對(duì)準(zhǔn)精度或縮短對(duì)準(zhǔn)時(shí)間。
　　基座靜止或晃動(dòng)不明顯時(shí)，常規(guī)的初始對(duì)準(zhǔn)方法是解析粗對(duì)準(zhǔn)。解析粗對(duì)準(zhǔn)方法基于雙矢量定姿算法，要求給定慣性測量單元(Inertial Measurement Unit，IMU)的全部6個(gè)輸出信息，即空間3個(gè)方向的角速度和線加速度。本文提出一種新的解析對(duì)準(zhǔn)方法，該方法僅使用包含陀螺和加計(jì)的3個(gè)輸出和剩下3個(gè)輸出的符號(hào)或粗略值即可實(shí)現(xiàn)初始對(duì)準(zhǔn)，稱之為簡化解析對(duì)準(zhǔn)。簡化解析對(duì)

3、準(zhǔn)方法指出IMU的6個(gè)輸出信息對(duì)求解姿態(tài)來說是信息冗余的，通過不同的IMU輸出信息組合均可以求解出姿態(tài)。在車載環(huán)境中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作等因素，晃動(dòng)影響可能會(huì)集中在某個(gè)軸向，采用簡化解析對(duì)準(zhǔn)方法可以減少受晃動(dòng)影響突出的輸出信息的干擾，從而提高對(duì)準(zhǔn)精度。另外還可能用于IMU自檢，IMU快速現(xiàn)場自標(biāo)定，快速兩位置對(duì)準(zhǔn)等。通過仿真和車載實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了簡化解析對(duì)準(zhǔn)方法的有效性。
　　IMU的誤差是影響對(duì)準(zhǔn)精度的主要因素之一，多位置對(duì)準(zhǔn)方法被用來補(bǔ)

4、償IMU誤差，從而提高對(duì)準(zhǔn)精度。受簡化解析對(duì)準(zhǔn)原理啟發(fā)，本文給出了通過任意兩位置可以解算出IMU常值偏置的結(jié)論，即多位置對(duì)準(zhǔn)理論最小條件;提出了一種依據(jù)轉(zhuǎn)過兩個(gè)精確的角度（為計(jì)算方便取90°和180°）就可以補(bǔ)償?shù)鬒MU常值偏置誤差的繞任意軸旋轉(zhuǎn)的多位置解析對(duì)準(zhǔn)方法，該方法不要求機(jī)械旋轉(zhuǎn)軸向和IMU方位軸向重合，降低了制造成本，可以用于補(bǔ)償現(xiàn)有的單軸旋轉(zhuǎn)SINS的安裝誤差。
　　基座晃動(dòng)明顯時(shí)，解析對(duì)準(zhǔn)方法誤差較大甚至不可用。慣性

5、系對(duì)準(zhǔn)方法由于能夠克服晃動(dòng)干擾，適應(yīng)任意初始姿態(tài)誤差角，魯棒性強(qiáng)而成為近年來的研究熱點(diǎn)?；蝿?dòng)基座上，慣性系對(duì)準(zhǔn)方法理論上能夠完全克服角晃動(dòng)，但對(duì)線晃動(dòng)干擾敏感。本文分別通過頻域低通濾波和時(shí)域擬合兩類方法詳細(xì)分析了如何抑制線晃動(dòng)干擾，并指出初始晃動(dòng)線速度會(huì)對(duì)慣性系對(duì)準(zhǔn)精度產(chǎn)生可觀的影響，通過優(yōu)化算法有效克服了包含線晃動(dòng)初速度在內(nèi)的線晃動(dòng)干擾。仿真和車載實(shí)驗(yàn)顯示，所提的優(yōu)化方法精度最高，收斂最快。
　　SINS在行進(jìn)間是無法獨(dú)立實(shí)現(xiàn)對(duì)

6、準(zhǔn)的，須要借助GPS、里程計(jì)等設(shè)備提供速度或位置觀測，可是GPS易受干擾，戰(zhàn)時(shí)不可靠，里程計(jì)易受到車輪跳動(dòng)、打滑及變形等因素干擾，本文研究了由激光多普勒測速儀(Laser Doppler Velocimeter, LDV)提供速度觀測的自主行進(jìn)間對(duì)準(zhǔn)方法。慣性系對(duì)準(zhǔn)方法已被較好地推廣到行進(jìn)間對(duì)準(zhǔn)，本文充分總結(jié)了前人的研究成果，指出行進(jìn)間慣性系對(duì)準(zhǔn)由3個(gè)環(huán)節(jié)組成:方程模型選擇，初始姿態(tài)更新和位置相關(guān)矩陣更新，這3個(gè)環(huán)節(jié)共同決定了對(duì)準(zhǔn)效果。

7、對(duì)初始姿態(tài)更新和位置相關(guān)矩陣更新方法進(jìn)行了改進(jìn)，提高了對(duì)準(zhǔn)精度，另外使用回溯導(dǎo)航方法縮短了對(duì)準(zhǔn)時(shí)間并提高了對(duì)準(zhǔn)精度。仿真和跑車實(shí)驗(yàn)證實(shí)了所提算法的有效性。
　　最后，為進(jìn)一步抑制慣性器件誤差和基座運(yùn)動(dòng)影響，研究了SINS/LDV組合導(dǎo)航系統(tǒng)行進(jìn)間精對(duì)準(zhǔn)。SINS和LDV組合導(dǎo)航系統(tǒng)在工作前須要進(jìn)行在線標(biāo)定，消除安裝誤差，本文提出了一種基于LDV比例因子模型的現(xiàn)場標(biāo)定方法，提高了標(biāo)定效率?；贚DV比例因子模型，建立了用于組合導(dǎo)航系