卡爾曼濾波與組合導航原理—初始對準

1、Theory of Kalman Filter and Integrated Navigation第五章第五章 卡爾曼濾波在慣性導航初始對準中的應用卡爾曼濾波在慣性導航初始對準中的應用二、慣導系統(tǒng)的靜基座初始對準三、慣導系統(tǒng)的動基座對準四、慣導系統(tǒng)的傳遞對準參考坐標系1 1、建立參考坐標系的意義、建立參考坐標系的意義 宇宙間的一切物體都是在不斷地運動宇宙間的一切物體都是在不斷地運動, ,但對單個物體是無但對單個物體是無運動可言的運動可言的, ,只有在相對的意義下才可以談運動只有在相對的意義下才可以談運動. .一個物體在一個物體在空間的位置只能相對于另一個物體而確定空間的位置只能相對于另一個物體

2、而確定, ,這樣這樣, ,后一個物體后一個物體就構成了描述前一個物體運動的參考系就構成了描述前一個物體運動的參考系. . 參考系通常采用直角坐標系來代表參考系通常采用直角坐標系來代表, ,稱為參考坐標系或簡稱為參考坐標系或簡稱參考系稱參考系. .在研究陀螺儀或運載體的運動時在研究陀螺儀或運載體的運動時, ,同樣需要有參考同樣需要有參考坐標系才成坐標系才成. . 陀螺儀最重要的功用之一就是用它在運載體上模擬地理陀螺儀最重要的功用之一就是用它在運載體上模擬地理坐標系或慣性坐標系。坐標系或慣性坐標系。 常用坐標系：地心慣性坐標系、地球坐標系、地理坐標系、常用坐標系：地心慣性坐標系、地球坐標系、地理坐

3、標系、載體坐標系。載體坐標系。參考坐標系2 2、幾個參考坐標系的定義、幾個參考坐標系的定義慣性坐標系慣性坐標系 通常把使得牛頓力學定律成立的參考坐標系通常把使得牛頓力學定律成立的參考坐標系, ,稱為慣性稱為慣性坐標系，簡稱慣性系；坐標系，簡稱慣性系； 根據(jù)選取的坐標系原點不同，分為日心慣性坐標系和根據(jù)選取的坐標系原點不同，分為日心慣性坐標系和地心慣性坐標系。地心慣性坐標系。日心慣性坐標系日心慣性坐標系：原點取在太陽的中心：原點取在太陽的中心, ,三根軸指向確定的三根軸指向確定的恒星。恒星。地心慣性坐標系地心慣性坐標系（OXiYiZiOXiYiZi）：原點取在地球的中心）：原點取在地球的中心,X

4、i,Xi和和YiYi軸位于赤道平面內并指向確定的恒星，軸位于赤道平面內并指向確定的恒星，ZiZi軸與地軸（地軸與地軸（地球自轉軸）重合。地心慣性坐標系不參與地球自轉。球自轉軸）重合。地心慣性坐標系不參與地球自轉。慣性空間慣性空間：慣性坐標系三根軸所代表的空間。：慣性坐標系三根軸所代表的空間。 XYZ參考坐標系地球坐標系（地球坐標系（OXeYeZeOXeYeZe） 與地球固連，原點取在地球與地球固連，原點取在地球的中心的中心,Xe,Xe和和YeYe軸位于赤道平面軸位于赤道平面內，分別指向本初子午線和東經(jīng)內，分別指向本初子午線和東經(jīng)9090子午線，子午線，ZeZe軸與地軸重合。軸與地軸重合。 地球

5、坐標系參與地球自轉，地球坐標系參與地球自轉，它相對于慣性坐標系的轉動角速它相對于慣性坐標系的轉動角速度就等于地球自轉角速度。度就等于地球自轉角速度。 地球相對慣性空間的轉動，地球相對慣性空間的轉動，可以用地球坐標系相對于慣性坐可以用地球坐標系相對于慣性坐標系的轉動來表示。標系的轉動來表示。 XeYeZe本初子午線本初子午線X*t參考坐標系地理坐標系（地理坐標系（ONEZONEZ） 其原點與運載體的重心其原點與運載體的重心重合重合,E,E軸沿當?shù)鼐暰€指東軸沿當?shù)鼐暰€指東,N,N軸沿當?shù)刈游缇€指北軸沿當?shù)刈游缇€指北,Z,Z軸沿軸沿當?shù)氐卮咕€指天當?shù)氐卮咕€指天. .其中其中E E軸與軸與N N軸構成

6、的平面即為當?shù)厮S構成的平面即為當?shù)厮矫嫫矫?N,N軸與軸與Z Z軸構成的平面軸構成的平面即為當?shù)刈游缑婕礊楫數(shù)刈游缑? . 這種地理坐標系是跟隨這種地理坐標系是跟隨運載體運動的運載體運動的, ,更確切地說更確切地說應稱為動地理坐標系或當?shù)貞Q為動地理坐標系或當?shù)氐乩碜鴺讼档乩碜鴺讼? . 1 1參考坐標系 當運載體在地球上運動時當運載體在地球上運動時, ,運載體相對地球的位置不斷運載體相對地球的位置不斷改變改變; ;而地球上不同地點的地理坐標系而地球上不同地點的地理坐標系, ,其相對地球坐標系其相對地球坐標系的角位置是不相同的的角位置是不相同的. .也就是說，運載體相對地球運動引起也就是說

7、，運載體相對地球運動引起地理坐標系相對地球坐標系轉動地理坐標系相對地球坐標系轉動. .這時地理坐標系相對慣性這時地理坐標系相對慣性坐標系的轉動角速度應包括兩個部分：一是地理坐標系相坐標系的轉動角速度應包括兩個部分：一是地理坐標系相對地球坐標系的轉動角速度對地球坐標系的轉動角速度: :另一是地球坐標系相對慣性坐另一是地球坐標系相對慣性坐標系的轉動角速度標系的轉動角速度. . 地理坐標系的三根軸構成右手直角坐標系，可以按地理坐標系的三根軸構成右手直角坐標系，可以按“北、東、天北、東、天”、“北、西、天北、西、天”或或“北、東、地北、東、地”順序順序構成。構成。參考坐標系 載體坐標系（載體坐標系（O

8、XOXb bY Yb bZ Zb b） 與載體固連，其原點與載體的重心重合與載體固連，其原點與載體的重心重合, X, Xb b軸沿載軸沿載體縱軸方向體縱軸方向, Y, Yb b軸沿載體橫軸方向，軸沿載體橫軸方向，Z Zb b軸沿載體豎軸方向。軸沿載體豎軸方向。 Zb實現(xiàn)慣導要解決的幾個問題n平臺跟蹤坐標系平臺跟蹤坐標系n平臺跟蹤什么樣的坐標系是平臺式慣導系統(tǒng)的首要問題平臺跟蹤什么樣的坐標系是平臺式慣導系統(tǒng)的首要問題n舒勒擺原理在慣導系統(tǒng)中的應用舒勒擺原理在慣導系統(tǒng)中的應用n普通地平液體擺做敏感元件受加速度影響較大，需用舒普通地平液體擺做敏感元件受加速度影響較大，需用舒勒擺原理勒擺原理n有害加速

9、度的消除有害加速度的消除n消除由于地球自轉、飛機飛行引起的牽連、哥氏、重力消除由于地球自轉、飛機飛行引起的牽連、哥氏、重力加速度等加速度等n初始對準問題初始對準問題n慣導系統(tǒng)要正確而精確的工作，必須精確給定初始條件慣導系統(tǒng)要正確而精確的工作，必須精確給定初始條件n捷聯(lián)慣導解算問題捷聯(lián)慣導解算問題n數(shù)學平臺代替機電平臺數(shù)學平臺代替機電平臺一、慣導系統(tǒng)初始對準概述一、慣導系統(tǒng)初始對準概述慣慣導導系系統(tǒng)統(tǒng)的的問問題題理理 論論 問問 題題工工 程程 技技 術術 問問 題題理論、方法、指導難度（實現(xiàn)）基本解決基本解決一、慣導系統(tǒng)初始對準概述一、慣導系統(tǒng)初始對準概述一、慣導系統(tǒng)初始對準概述一、慣導系統(tǒng)初

10、始對準概述VaP,一、慣導系統(tǒng)初始對準概述一、慣導系統(tǒng)初始對準概述初初始始對對準準的的要要求求初初始始對對準準的的發(fā)發(fā)展展一、慣導系統(tǒng)初始對準概述一、慣導系統(tǒng)初始對準概述第五章第五章 卡爾曼濾波在慣性導航初始對準中的應用卡爾曼濾波在慣性導航初始對準中的應用一、慣導系統(tǒng)初始對準概述三、慣導系統(tǒng)的動基座對準四、慣導系統(tǒng)的傳遞對準二、慣導系統(tǒng)的靜基座初始對準方法二、慣導系統(tǒng)的靜基座初始對準方法靜基座初始對準方案慣導系統(tǒng)的誤差方程卡爾曼濾波方程的建立計算機仿真研究粗對準與精對準靜基座初始對準的可觀測度分析提高靜基座初始對準精度與速度的方法二、慣導系統(tǒng)的靜基座初始對準方法二、慣導系統(tǒng)的靜基座初始對準方法

11、二、慣導系統(tǒng)的靜基座初始對準方法二、慣導系統(tǒng)的靜基座初始對準方法二、慣導系統(tǒng)的靜基座初始對準方法二、慣導系統(tǒng)的靜基座初始對準方法二、慣導系統(tǒng)的靜基座初始對準方法二、慣導系統(tǒng)的靜基座初始對準方法二、慣導系統(tǒng)的靜基座初始對準方法二、慣導系統(tǒng)的靜基座初始對準方法gfVVVrrVVfg rrV LLsin0cosLLsin0cosDENDENDENDENDENNENDEDDENDENDENVVVrrrLLLLLLffLLRgffLLRgffLLRgLLLLLLVVVrrr0000cos)(000000cos)(0sin)(000000sin)(000000000cos)2(/2000cos)2(0si

12、n)2(0/00sin)2(000/0001000cos000010cos0sin000001sin002sin00100002sin00001000000sin00010000sin0cos00010000cos00000100000000000000000000000000000000000000000000000000NENEDNENEDLgVLgVLLLL NENEDNENEDVV LNNcosLEELDDsin（.5）（.6）LLLNNsincosLEELLLDDcossinNNDEENRVLRVLtansinEEDENERVLLRVLcostansi

13、nDEENNDRVLRVcos（.7）NEENLLLRVsinsinEDNNELLRVcossinDEEDLLLLRVcoscostan（.8）NEENgVLVsin2（.9）ENNEgVLVsin2NVRL1LRVEsecDENENDENENVVLLRLLLLRLRLgLgLRLRVVL0cos0/tan00coscos0sin0/1000sin0/100sin000sin20000sin2000000sec0000000/100WAXXDENENDENENVVX00000DENVEVNWWWWWW二、慣導系統(tǒng)的靜基座初始對準方法二、慣導系統(tǒng)的

14、靜基座初始對準方法WAXXsinDL 55555500IFA0000000000000020020NNDDDDggFLNcosENENVV00000000100000000001 HXZ11,1/kkkkkXX)(1/1/kkkkkkkkXHZKXX11/1/)(kTkkkkTkkkkRHPHHPKTkkkTkkkkkkkQPP1111,11,1/TkkkTkkkkkkkKRKHKIPHKIP)()(1/1/)(kkkkkPHKIP或 陀螺常值漂移:0.02/h ； 陀螺隨機漂移:0.01/h ； 加速度計常值偏置:100ug； 加速度計隨機誤差:50ug； 初始失準角N，E，D: 1 慣導所

15、處位置的地理緯度： L = 45 X（0）均取為0； P（0）為粗對準后，位置、速度、姿態(tài)和慣性器件誤差的方差 Q 對應陀螺和加速度計隨機誤差的方差 ； R 對應量測隨機誤差的方差 ； ,1 ,1 ,1 ,/1 . 0 ,/1 . 0 )0(22222smsmdiagP 22222/02. 0 ,/02. 0 ,/02. 0 ,100 ,100 hhhgg 0 , 0 , 0 ,/01. 0 ,/01. 0 ,/01. 0 ,50 ,50 22222hhhggdiagQ 22/1 . 0 ,/1 . 0 smsmdiagR 收斂速度方面：N和E收斂較快，約20秒，D約5分鐘以上 估計精度方面：

16、N和E的穩(wěn)態(tài)估計誤差為20“， D 的穩(wěn)態(tài)估計誤差為6.48 陀螺漂移的估計： N在15分鐘以內可以估計出來 D在雖然能勉強估計出來，但效果很差 E估計不出來 加速度計偏置的估計： x ，y也估計不出來N和E的估計精度由E和N決定gENgNED的估計精度由E決定NEENEDtgLg55555500IFA0000000000000020020NNDDDDggFWAXX HXZENH0000000010000000000110)( MrankTTTTTTHAHAHAHAHM932根據(jù)線性定常系統(tǒng)可觀測性判定準則： 7)( MrankTTVUVUM0000005. 00 . 10 . 185. 98

17、5. 985. 985. 9利用奇異值分解來求秩，可仔細分析！ NEEDNVV2ENNDEVV2NEDNEDNNDEDEND由由和和 得得: :gVVgENDEN210)0()0(ENgVVgNEDNE21又有又有: :所以穩(wěn)態(tài)估計誤差正好為所以穩(wěn)態(tài)估計誤差正好為: :gENgNE又又ENDNENDEDNNDgVVVg2231由由可可 得得: :0)0(E將將, ,代入代入 : :EDNNDEENDNDND11gVVgENDEN21gVVgNEDNE210)0(ENEENDNEDgEENDND1第五章第五章 卡爾曼濾波在慣性導航初始對準中的應用卡爾曼濾波在慣性導航初始對準中的應用一、慣導系統(tǒng)初

18、始對準概述二、慣導系統(tǒng)的靜基座初始對準四、慣導系統(tǒng)的傳遞對準三、慣導系統(tǒng)動基座對準方法三、慣導系統(tǒng)動基座對準方法捷聯(lián)慣導動基座對準的可觀測度分析方法研究各種運動對捷聯(lián)慣導系統(tǒng)狀態(tài)變量可觀測度的影響 捷聯(lián)慣導動基座對準最優(yōu)機動方法研究捷聯(lián)慣導動基座對準的H濾波方法線性定常系統(tǒng)分析和研究簡單靜基座對準慣導系統(tǒng)的初始對準慣導系統(tǒng)的初始對準非線性時變系統(tǒng)不確定隨機干擾動基座對準非線性時變系統(tǒng)狀態(tài)變量可觀測度分析方法各種運動對系統(tǒng)狀態(tài)變量可觀測度分析的影響最優(yōu)機動方式噪聲統(tǒng)計模型不準H濾波方法3.1 3.1 慣導系統(tǒng)動基座對準概述慣導系統(tǒng)動基座對準概述三、慣導系統(tǒng)動基座對準方法三、慣導系統(tǒng)動基座對準方法

19、各種運動對捷聯(lián)慣導系統(tǒng)狀態(tài)變量可觀測度的影響 捷聯(lián)慣導動基座對準最優(yōu)機動方法研究捷聯(lián)慣導動基座對準的H濾波方法慣導系統(tǒng)動基座對準概述3.2 3.2 動基座對準的可觀測度分析方法動基座對準的可觀測度分析方法線性定常系統(tǒng))()()()()()(tVtHXtZtWtAXtXnMrank)( TTTTTTHAHAHAHAHM932根據(jù)線性定常系統(tǒng)可觀測性判定準則： nMrank)( 3.23.2動基座對準的可觀測度分析方法動基座對準的可觀測度分析方法線性時變隨機系統(tǒng))()()()()()()()(tVtXtHtZtWtXtAtX如A(t)和H(t)在每個區(qū)間tj（j=1,2.）內可認為不變，則線性時變

20、系統(tǒng)在tj內成為線性定常系統(tǒng))()()()()()(tVtXHtZtWtXAtXjjnj,.2 , 13.23.2動基座對準的可觀測度分析方法動基座對準的可觀測度分析方法rsQQQrQ21)(其中：其中：11132nkniiiiiiiiFHFHFHHQPWCS的總可觀測矩陣（TOM）1112111121)(nnrnrrnFFFQFQQrQ其中：其中：11132nkniiiiiiiiFHFHFHHQPWCS的提取可觀測矩陣（SOM）3.23.2動基座對準的可觀測度分析方法動基座對準的可觀測度分析方法 PWCS的可觀測性分析步驟：jsQQQjQ21)(其中：其中：11132nkniiiiiiiiF

21、HFHFHHQ000)()()()()(0,1ssRssUjPIjUjMjQjTRnusIjU 0)(,MXUUYYuss ,0,21其其中中3.23.2動基座對準的可觀測度分析方法動基座對準的可觀測度分析方法3.23.2動基座對準的可觀測度分析方法動基座對準的可觀測度分析方法11)(010)(risiFH)F(HF()HF(HrQ3.23.2動基座對準的可觀測度分析方法動基座對準的可觀測度分析方法 jsQQQjQ)(21其中：其中： 11132nkniiiiiiiiFHFHFHHQ01( )()TriiiiuZX tv3.23.2動基座對準的可觀測度分析方法動基座對準的可觀測度分析方法 Tz

22、yxyxDENENVVX , GWFXX HXZ zyxVVVZ 載體勻速平直運動時系統(tǒng)狀態(tài)變量可觀測度分析載體勻速平直運動時系統(tǒng)狀態(tài)變量可觀測度分析3.23.2動基座對準的可觀測度分析方法動基座對準的可觀測度分析方法 慣導動基座對準時為線性時變系統(tǒng)，可觀測性分析十分復雜 PWCS可觀測性分析理論與方法可確定狀態(tài)是否可觀測，無法確定狀態(tài)的可觀測程度 狀態(tài)的可觀測程度才是真正反映卡爾曼濾波中狀態(tài)變量估計的速度和精度 基于特征值和特征向量的可觀測度分析方法，可以確定狀態(tài)變量的可觀測程度，但是必須在濾波解算之后，計算量巨大！ 基于奇異值分解的可觀測度分析方法，直接利用可觀測矩陣實現(xiàn)系統(tǒng)可觀測度分析三

23、、慣導系統(tǒng)動基座對準方法三、慣導系統(tǒng)動基座對準方法捷聯(lián)慣導動基座對準的可觀測度分析方法研究 捷聯(lián)慣導動基座對準最優(yōu)機動方法研究捷聯(lián)慣導動基座對準的H濾波方法捷聯(lián)慣導動基座對準的計算機仿真研究慣導系統(tǒng)動基座對準概述3.3 3.3 各種運動對狀態(tài)可觀測度的影響各種運動對狀態(tài)可觀測度的影響 靜基座初始對準時狀態(tài)變量可觀測度分析靜基座初始對準時狀態(tài)變量可觀測度分析 3.3 3.3 各種運動對狀態(tài)可觀測度的影響各種運動對狀態(tài)可觀測度的影響 三軸搖擺運動初始對準時狀態(tài)變量可觀測度分析三軸搖擺運動初始對準時狀態(tài)變量可觀測度分析 3.3 3.3 各種運動對狀態(tài)可觀測度的影響各種運動對狀態(tài)可觀測度的影響 勻速運

24、動初始對準時狀態(tài)變量可觀測度分析勻速運動初始對準時狀態(tài)變量可觀測度分析 3.3 3.3 各種運動對狀態(tài)可觀測度的影響各種運動對狀態(tài)可觀測度的影響 線加速運動初始對準時狀態(tài)變量可觀測度分析線加速運動初始對準時狀態(tài)變量可觀測度分析 3.3 3.3 各種運動對狀態(tài)可觀測度的影響各種運動對狀態(tài)可觀測度的影響 三軸搖擺與線加速運動組合初始對準時狀態(tài)變量可觀測度分析三軸搖擺與線加速運動組合初始對準時狀態(tài)變量可觀測度分析 3.3 3.3 各種運動對狀態(tài)可觀測度的影響各種運動對狀態(tài)可觀測度的影響 航向變化與線加速運動組合初始對準時狀態(tài)變量可觀測度分析航向變化與線加速運動組合初始對準時狀態(tài)變量可觀測度分析 3.

25、3 3.3 各種運動對狀態(tài)可觀測度的影響各種運動對狀態(tài)可觀測度的影響 靜基座對準x，x ， y完全不可觀測，z可觀測度很小0.0005 三軸搖擺提高了兩個水平加計的可觀測度 勻速運動各個狀態(tài)變量的可觀測度與靜基座基本相同 線加速運動可大大提高方位失準角的可觀測度，不能提高x ， y計偏置的可觀測度 三軸搖擺與線加速運動組合各個狀態(tài)的可觀測度都得到提高 航向變化與線加速運動組合各個狀態(tài)的可觀測度最高三、慣導系統(tǒng)動基座對準方法三、慣導系統(tǒng)動基座對準方法捷聯(lián)慣導動基座對準的可觀測度分析方法研究各種運動對捷聯(lián)慣導系統(tǒng)狀態(tài)變量可觀測度的影響 捷聯(lián)慣導動基座對準的H濾波方法慣導系統(tǒng)動基座對準概述陀螺常值漂

26、移:0.02/h ；加速度計常值偏置:100ug；航向失準角: 1水平失準角: 10飛行速度：150m/s3.4 3.4 動基座對準的最優(yōu)機動方式動基座對準的最優(yōu)機動方式3.4 3.4 動基座對準的最優(yōu)機動方式動基座對準的最優(yōu)機動方式 捷聯(lián)系統(tǒng)蛇形機動時初始對準狀態(tài)估計誤差方差曲線捷聯(lián)系統(tǒng)蛇形機動時初始對準狀態(tài)估計誤差方差曲線 3.4 3.4 動基座對準的最優(yōu)機動方式動基座對準的最優(yōu)機動方式 S機動為動基座對準的最優(yōu)機動方式 全部狀態(tài)變量都能得到較好的估計 估計精度還與載體S機動的機動程度有關 三、慣導系統(tǒng)動基座對準方法三、慣導系統(tǒng)動基座對準方法捷聯(lián)慣導動基座對準的可觀測度分析方法研究各種運動

27、對捷聯(lián)慣導系統(tǒng)狀態(tài)變量可觀測度的影響 捷聯(lián)慣導動基座對準最優(yōu)機動方法研究慣導系統(tǒng)動基座對準概述不確定隨機干擾3.5 3.5 隨機擾動下動基座初始對準的隨機擾動下動基座初始對準的H H 濾波濾波動基座對準系統(tǒng)模型和噪聲統(tǒng)計模型不準確陀螺常值漂移:0.1./h；加速度計常值偏置:100ug；三個初始失準角分別為20 20 30運動軌跡為: 向北平飛3000秒，高度8000米， 機體速度150米/秒。 3.5 3.5 隨機擾動下動基座初始對準的隨機擾動下動基座初始對準的H H 濾波濾波常規(guī)間接反饋校正KALMAN濾波器的仿真結果111)()( TkTkTkkTkkkDkwkwDHHPHPK21 LP

28、Hk kkkkPHKIP11)( )( )()( )1( kxHkyKkxAkxkk *1( ) ( )TTTkkkkkkkPA PAB w k w kB3.5 3.5 隨機擾動下動基座初始對準的隨機擾動下動基座初始對準的H H 濾波濾波 使用帶遺忘因子的H 濾波器的位置誤差3.5 3.5 隨機擾動下動基座初始對準的隨機擾動下動基座初始對準的H H 濾波濾波 使用帶遺忘因子的H 濾波器的速度誤差3.5 3.5 隨機擾動下動基座初始對準的隨機擾動下動基座初始對準的H H 濾波濾波 使用帶遺忘因子的H 濾波器的姿態(tài)誤差3.5 3.5 隨機擾動下動基座初始對準的隨機擾動下動基座初始對準的H H 濾波

29、濾波 新的算法具有良好的穩(wěn)定性和跟蹤性； 克服了動基座對準中的隨機干擾問題。第五章第五章 卡爾曼濾波在慣性導航初始對準中的應用卡爾曼濾波在慣性導航初始對準中的應用一、慣導系統(tǒng)初始對準概述二、慣導系統(tǒng)的靜基座初始對準三、慣導系統(tǒng)的動基座對準不同匹配方案研究運動方式對傳遞對準的影響機翼彈性振動對傳遞對準的影響濾波周期對傳遞對準的影響載體彈性變形對傳遞對準的影響l傳遞對準是指載體航行時，載體上需要對準的子慣導利用已對準好的主慣導的信息進行初始對準的一種方法。 l傳遞對準是一種動基座對準方法，它除了具有動機座對準的一般規(guī)律外， 還具有其固有的特點及性質 主慣導桿臂效應彈性變形彈性振動子慣導卡爾曼濾波載

30、體運動狀態(tài) 校正參數(shù)信息差傳遞對準的基本原理圖運動方式對傳遞對準的影響機翼彈性振動對傳遞對準的影響濾波周期對傳遞對準的影響傳遞對準技術概述載體彈性變形對傳遞對準的影響計算參數(shù)計算參數(shù)匹配法匹配法測量參數(shù)測量參數(shù)匹配法匹配法 vHXZGwFXXzyxbzbybxUNEUNELVVVX1313313133I00TGb62SN0FFF62g3b33333g3b3S0C00CFVX0I0Z,833333VX0 ,I ,0Z622262pVX0 ,Z113H000mxmymxmzmymzHVX0 ,Z113H011012321223222233231331131132332313123332122221

31、222322222123212TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTH000000000313231333233212221232223111211131213TTTTTTTTTTTTTTTTTTHVX0 ,Z59H 陀螺常值漂移:0.5/h，隨機漂移0.5/h； 加速度計常值偏置:100ug，隨機偏置100ug； 三個初始失準角分別為1 1 1 速度觀測量噪聲：0.01米/秒 位置觀測量噪聲：25米 姿態(tài)觀測噪聲：0.01 角速度觀測噪聲：0.15/h匹配方式收斂精度(對準100秒鐘時的估計值)（初始失準角為60角秒）(但對于位置匹配是指對準300秒鐘后的精度)收斂速度（單位：秒）

32、（指達到括號中的收斂精度（單位：角秒）所需的時間）（1）東向北向天向東向北向天向速度21.820.63303.94.4(36)2.5(36)50(3313.6)位置117.1150.63584.1162.6(360.3)140.5(360.1)速度+位置21.820.63303.94.4(36)2.5(36)50(3313.6)角速度1412.02314.52322.16.2(1440)6.5(2345)7.0(2345)姿態(tài)角69.369.369.613.5(180)13.5(180)13.5(180)姿態(tài)陣51.751.751.96.8(180)6.8(180)6.8(180)匹配方式收斂

33、精度(對準100秒鐘時的估計值)（初始失準角為60角秒）(但對于位置匹配是指對準300秒鐘后的精度)收斂速度（單位：秒）（指達到括號中的收斂精度（單位：角秒）所需的時間）（1）東向北向天向東向北向天向速度1.920.720.02.9(36.2)32.9(35.8)32.6(36)位置109.3150.6879.0162.3(180.1)280(180)270.4(1079.6)速度+位置1.920.720.02.9(36.2)32.9(35.8)32.6(36)角速度363.3255.9258.042.7(400.1)36.7(360.3)36.8(360.4)姿態(tài)角69.369.369.71

34、3(180.7)13(180.7)13(180.7)姿態(tài)陣51.751.752.041.8(72)41.8(72)41.8(72)匹配方式收斂精度(對準100秒鐘時的估計值)（初始失準角為60角秒）(但對于位置匹配是指對準300秒鐘后的精度)收斂速度（單位：秒）（指達到括號中的收斂精度（單位：角秒）所需的時間）（1）東向北向天向東向北向天向速度8.2(35.7)4.8(35.6)6.3(35.6)位置81.382.2450.0187.6(180)200(179.9)199.7(720)速度+位置8.2(35.7)4.8(35.6)6.3(35.6)角速度0.

35、(1.8)0.1(2.3)72.5(72)姿態(tài)角66.866.869.513.1(180)13.1(180)13.1(180)姿態(tài)陣48.548.551.941.5(72)41.5(72)41.5(72) 位置匹配方案精度較低，且收斂速度慢，受機動方式影響不大； 速度匹配精度受速度變化影響，采用機動方式可提高對準速度和精度； 姿態(tài)角方案精度不高，速度不快，不能通過機動方式提高對準的速度和精度 角速度在S機動時對準精度很高，速度也很快，但這里沒考慮載體彈性振動； 幾種組合匹配方案的對準精度高，速度快，且對準的精度和速度隨載體機動程度增大而提高。不同匹配方案研究機翼彈性振動對

36、傳遞對準的影響濾波周期對傳遞對準的影響傳遞對準技術概述載體彈性變形對傳遞對準的影響 飛行軌跡:0 - 30秒，水平勻速向東直線飛行，飛行速度為200米/秒，30 - 90秒，水平加速直線飛行，加速度為10米/秒2，飛行起始經(jīng)、緯度均為45 陀螺常值漂移:0.5/h； 加速度計常值偏置:100ug； 三個初始失準角分別為1 1 1 觀測速度噪聲方差：0.01米/秒東向飛行失準角均方差曲線 東向飛行失準角估計曲線 東向加速飛行陀螺儀誤差估計曲線 東向加速飛行加速度計誤差估計曲線 兩個水平失準角收斂很快，在20秒內達到穩(wěn)態(tài) 天向失準角在加速度變化時，可觀測度提高，在加速度變化20秒后，也達到了穩(wěn)態(tài)

37、三個水平失準角的協(xié)方差都在0.01左右 水平加速飛行時，X向加速度計估計不準，其余尚可 飛行軌跡:以一個10米/秒 2的向心加速度作水平盤旋機動，從正東方向飛至正南方向，構成3/4圓環(huán)。速率200米/秒，飛行起始經(jīng)、緯度均為45 陀螺常值漂移:0.5/h； 加速度計常值偏置:100ug； 三個初始失準角分別為1 1 1 觀測速度噪聲方差：0.01米/秒水平盤旋失準角均方差曲線 水平盤旋失準角估計曲線 水平盤旋飛行陀螺儀誤差估計曲線 水平盤旋飛行加速度計誤差估計曲線 30秒后失準角進入穩(wěn)態(tài)。其中，東向失準角收斂最快，只需20秒即可。三個水平失準角的協(xié)方差都在0.01左右 水平盤旋時，X、Y向陀螺

38、、X、Z向加速度計估值均不準確。不宜采用此種對準方法 飛行軌跡：轉彎飛行300秒，0300秒，200米/秒從東向勻速以10米/秒 2的轉動加速度轉彎，做S機動至正西方向飛行起始經(jīng)、緯度均為45 陀螺常值漂移:0.5/h； 加速度計常值偏置:100ug； 三個初始失準角分別為1 1 1 觀測速度噪聲方差：0.01米/秒水平S機動失準角均方差曲線 水平S機動失準角估計曲線 水平S機動飛行陀螺儀誤差估計曲線 水平S機動飛行加速度計誤差估計曲線 水平S機動時，全部狀態(tài)都可以得到較好的估計估計的精度與機動程度有關 飛行軌跡：0-300秒，水平北向飛行，速度200米/秒；機翼做振幅30，周期2秒的正弦晃動

39、。其余飛行參數(shù)同東向水平飛行起始經(jīng)、緯度均為45 陀螺常值漂移:0.5/h； 加速度計常值偏置:100ug； 三個初始失準角分別為1 1 1 觀測速度噪聲方差：0.01米/秒抖翼機動失準角均方差曲線 抖翼機動失準角估計曲線 抖翼機動飛行陀螺儀誤差估計曲線 抖翼機動飛行加速度計誤差估計曲線 機翼抖動周期和擺幅對天向失準角收斂速度影響分析圖象 抖翼機動傳遞對準方法中狀態(tài)量不是完全可觀測的；X、Y向加速度計不可觀測，Z向陀螺儀可觀測度較差天向失準角雖可觀測，其可觀測度差。因為對準時間長，濾波器建模誤差對傳遞對準精度影響嚴重，對準速度慢且達不到較理想精度機翼抖動的幅度和頻率的增大，理論上提高了對準精度

40、和速度，但是機翼的高頻晃動使掛于機翼下的導彈姿態(tài)變化劇烈，使導彈的捷聯(lián)慣導處于惡劣的工作環(huán)境而因捷聯(lián)姿態(tài)矩陣計算不準使導航精度嚴重下降。 不同匹配方案研究運動方式對傳遞對準的影響濾波周期對傳遞對準的影響傳遞對準技術概述載體彈性變形對傳遞對準的影響彈性振動引起的誤差圓錐誤差尺寸效應研究較少對傳遞對準的精度有重要影響劃船誤差研究很多補償方法成熟)(BABAABrraapxpxxiriraa)()(x名名測名pypyyjrjraa)()(y名名測名pzpzzzkrkraa)()(名名測名根據(jù)運動學原理，剛體上不在一處兩點線加速度的關系慣導中匹配點處加速度矢量的三個分量pxxiraa)(x名測名pyyjraa)(y名測名pzzzkraa)(名測名 飛行軌跡:正東直線飛行；初始經(jīng)緯度：45度，45度； 030秒：勻速飛行，v=200米/秒； 3090秒：a=10米/秒2，末速800米/秒 陀螺常值漂移:0.5/h； 加速度計常值偏置:100ug； 三個初始失準角分別為1 1 1 觀測速度噪聲方差：0.01米/秒彈性振動對導彈慣導傳遞對準的影響 補償彈性振動后導彈慣導傳遞對準的結果振動對天向失準角的估計精度影響不大 東向和北向水平失準角的估計精度分別下降了2.5和0.5 加速度計和陀螺儀的零位誤差估計值完全失真