机载布撒器高精度动基座传递对准方法研究

发布时间：2020-08-29 12:34

　　随着科学技术的飞速发展,高精度防区外发射武器凭借其人机伤亡小、效费比高等优势逐渐成为现代战争的重要组成部分,为保障机载布撒器的投射与制导精度,本文以机载布撒器为研究对象,对高精度动基座传递对准方法进行深入研究,具体内容如下:首先,论文对国内外机载布撒器、惯性导航设备、动基座传递对准方法和非线性滤波方法进行深入调研,给出它们的研究现状,对比分析各种方法的优劣,为后续机载布撒器传递对准滤波器的设计提供参考。其次,对惯导模型进行深入研究,建立惯导各传感器的测量模型,包括陀螺仪测量模型和加速度计测量模型,推导了惯导系统的力学编排,给出了捷联惯导的误差传播模型,建立了姿态误差方程、速度误差方程和定位误差方程。此外,论文还进行了惯导解算的数学仿真,验证了所建立惯导模型的准确性。然后,论文基于惯导的误差传播模型,推导了传递对准的误差方程,进而建立了传递对准的状态方程;论文以主子惯导间的速度、姿态、角速度和加速度为匹配量,分别给出了四种相对应的匹配方法,并建立了“速度加姿态”以及“角速度加加速度”匹配的测量模型;考虑到扩展卡尔曼滤波(EKF)广泛的工程适用性,论文利用EKF进行了传递对准滤波器的设计,并进行了相应的数学仿真,仿真结果验证了所提算法的有效性。最后,论文针对扩展卡尔曼滤波截断误差大,雅克比矩阵求解困难等问题,基于高斯滤波框架分别给出了无迹卡尔曼滤波(UKF)和高阶容积卡尔曼滤波(HCKF)两种非线性滤波算法,之后将其应用到了机载布撒器的传递对准中,仿真结果表明高阶容积卡尔曼滤波算法具有更高的估计精度。此外,论文还分析了载机机动强度与频率对传递对准精度的影响,对后续工程实际中改善传递对准效果具有重要的指导意义。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V271.4;TP212;TN713
【部分图文】：

陀螺仪,惯导,传递对准,动基座

图 1-1 陀螺仪性能及应用2.3 动基座传递对准研究现状动基座传递对准是一种工程应用十分广泛的传递对准方式，其主要思想测量误差更低的主惯导（MINS）对测量误差更高的子惯导（SINS）进行校定主子惯导的安装误差角和子惯导的初始信息[21-30]。为尽可能地提高对准精实际应用中，主惯导的精度往往大大高于子惯导。动基座传递对准最初主要应用于空射导弹射前的初始定向，之后逐渐被潜基的相关装备采用，之后就在各个领域都得到了广泛的应用，解决了导、炮弹发射甚至舰载机弹射等工程中需要子惯导对准的实际问题。进行对准主惯导的直接敏感值或积分所得的导航值对子惯导的相应值进行校正，同主子惯导的安装矢量以及形变，完成主子惯导安装误差角的估计。由于主度较高，所以传递对准可以使子惯导具有更准确地初值，从而保障了后续

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四元数补偿惯导陀螺仪四元数修正输出姿态主惯导姿态图 1-2 传递对准原理图传递对准主要包括 2 个部分，其一为粗对战，其二为精对计算机将 MINS 解算得到的姿态和位速信息赋予到 SINS 值进行惯导解算。由于 MINS 与 SINS 间存在安装距离，且此在赋值时需要考虑到杆臂效应和挠曲变形。但由于粗对标定误差往往很大，无法满足后续导航任务的需求。因此础上进行精度准，即利用卡尔曼滤波方法设计传递对准滤惯导的安装误差角或姿态失准角，之后利用改角度对 SINS一步提高精度。

滤波算法

为直接敏感到的信息，如角速度和加速度，成为测量参数匹配（MPM），算得到的信息，如速度和姿态，成为计算参数匹配（CPM）。对于 MPM 数直接获取，相较于 CPM 更为简便快速，实时性更优，但其在载体形变时难以应用，对准精度也较低。CPM 方法利用惯导解算得到的信息进行计算较为耗时，其收敛较慢，实时性较差，但其所含信息多，估计精度。因此，在工程上，CPM 方法应用较为广泛。国内传递对准研究开展得相对较晚，近年来在理论研究方面取得了一些有很多研究者尝试将其应用于具体的工程实践中。.4 非线性滤波算法研究现状最早的最优滤波算法诞生于 18 世纪末，是由著名数学家高斯提出的最小，该方法应用简单，对于服从正态分布的数据具有方差最小的特性，在等领域得到了广泛应用[31-33]，但该算法仅考虑量测和状态之间的关系，定性并不好。

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