艦船捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)粗對準(zhǔn)方法研究.pdf

1、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在工作時可以完全依靠自身慣性元器件的輸出及導(dǎo)航計算機的解算確定當(dāng)前運載體的位置和姿態(tài)信息,不受外界環(huán)境的干擾且具有隱蔽性,更適用于戰(zhàn)場環(huán)境及惡劣的氣候條件。近些年,由于捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)體積小、成本低,且對準(zhǔn)精度高因而成為慣導(dǎo)領(lǐng)域的研究熱點。本文以艦船的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為工程背景,對捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn)的粗對準(zhǔn)階段進行研究。由于慣導(dǎo)系統(tǒng)的獨立解算特性會導(dǎo)致系統(tǒng)具有誤差累積的弱點,因而優(yōu)化初始對準(zhǔn)的方法對于提高整個系統(tǒng)精度具有重要

2、的理論和應(yīng)用價值。
　　本文首先簡要介紹了課題的相關(guān)背景,之后著重介紹了捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)。給出了慣導(dǎo)系統(tǒng)的基本方程,并據(jù)此搭建了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的原理框圖。姿態(tài)更新算法是捷聯(lián)解算的重要部分,因而本文詳盡推導(dǎo)了姿態(tài)更新的優(yōu)化三子樣算法。捷聯(lián)慣導(dǎo)的誤差來源及方程也一并給出,對后文的仿真比較有指導(dǎo)性的意義。
　　以艦船捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對準(zhǔn)過程為研究對象,對比分析了解析式粗對準(zhǔn)方法、水平二階調(diào)平+方位估算粗對準(zhǔn)方法以及基于姿態(tài)矩陣的慣性

3、系粗對準(zhǔn)方法。推導(dǎo)了三種粗對準(zhǔn)方法的原理方程,并在靜基座及具有橫蕩、縱蕩、垂蕩以及高頻干擾的搖擺基座上進行仿真,模擬艦船處于系泊情況下的初始對準(zhǔn)過程。
　　由于四元數(shù)作為姿態(tài)描述參數(shù)會比歐拉角具有更新方程簡單,計算運行速度快的優(yōu)點,所以本文重點推導(dǎo)了基于四元數(shù)的慣性系對準(zhǔn)方法,并采用Wahba函數(shù)求取具有最小二乘意義的最優(yōu)解。分析了慣性系系泊對準(zhǔn)的誤差,給出了姿態(tài)誤差的協(xié)方差公式。并在基于四元數(shù)的慣性系系泊對準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,探討了算法