文档介绍：西北工业大学
硕士学位论文
弹载捷联惯导方案设计研究
姓名:史庆云
申请学位级别:硕士
专业:电子与信息工程
指导教师:秦永元;杨梅苍
20050101
舀此工必大管工社硕士李位份文摘要
摘要
随着我国国防建设的迫切需求和军事科学技术的不断进步,我国相继开始了战术
武器精确制导化的改造和精确制导武器的研制。机载布撒器是我国十五规划即将进行
研发的精确制导防区外攻击武器,具有“射后不管”、精确度高、射程远、全天候等
特点,是我国重点研发的新一代高技术武器。
本文正是应机载布撒器导航系统研制的需求,对其所采用的弹载捷联组合
导航系统的姿态更新算法、导航算法、传递对准及组合方式进行分析和研究,并以此
来指导弹载捷联组合导航系统的研制工作。
在弹载捷联惯导方案设计中,导航坐标系采用准惯性坐标系,并考虑重力偏斜补
偿,在简化计算的同时确保了系统的精度捷联惯导姿态算法采用旋转矢量法,有效
地克服了不可交换误差对输出进行修正和转换,保证了卡尔曼滤波器量测量的
正确性。本文系统地介绍了弹载惯导系统的基本理论,详细分析了弹载捷联系统的方
案包括弹载捷联惯导姿态更新及导航计算的算法分析传递对准方案的分析研究
捷联组合导航系统的系统分析等。
论文着重进行了以下几个问题的研究
惯性仪表陀螺和加速度计误差模型的建立和分析。
捷联惯导误差模型建立及精度分析。
原理及误差分析。
捷联惯导姿态更新及导航计算的算法分析。
高精度快速传递对准算法分析。
捷联组合导航系统卡尔曼滤波器方案分析。
关键词
准惯性坐标系组合导航系统姿态更新四元数
旋转矢量卡尔曼滤波
西北久弃大学二社减士李位格文摘要
,
,
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吞此二弃大学二程硕士学位份友第声章禅截旋联核寻方素
第二章弹载捷联惯导方案
捷联惯导的特点是惯性器件直接固连在运载体上。惯性器件直接感应载体的线运
动和角运动信息,工作环境严峻恶劣。因此,一方面要求惯性器件有较高的测量范围,
且必须经过严格的静态误差和动态误差补偿另一方面实现姿态更新和导航计算的算
法必须考虑对特有误差的补偿。此外,导航坐标系的选取将决定捷联惯导力学编排及
传递对准的繁简。
导航坐标系及比力方程的选取
对于滑翔布撒器,飞行距离仅为公里,飞行时间为分钟。距离短意
味着地球的球形曲面可近似成平面,导航坐标系可采用直角坐标系时间短意味着地
球旋转引起的同一点的地理坐标系及各轴指向改变很小,可近似看作不变。所以导航
坐标系选取准惯性坐标系是比较合适的选择。
准惯性坐标系的定义是这样的
设布撒器投掷准备时刻为,记时刻载机所在地为时刻点处的地理坐
标系为,则准惯性坐标系。的原点位于点,各轴保持与地理坐标系相应轴平行,
指向不变。
显然坐标系的各轴指向相对惯性空间不变,坐标轴的平动速度即为点的地球
旋转线速度,该线速度大小虽然不变,但方向在改变,改变速率即为地球旋转角速度。
如果布撒器从投掷准备时刻至到达目标上空所用时间为分钟,则地球线速度方向改
变量为,可以近似看作指向不变。所以系可以近似看作等速平动,即坐标
系可近似看作惯性坐标系,但毕竟不是真正的惯性坐标系,所以称之为准惯性坐标系。
采用准惯性坐标系作为导航坐标系的好处之一
一
是简化了惯导系统的力学编排,力学编排方程推导﹃瓜
如下
取准惯性坐标系为导航坐标系,设为地心, 厂
为。的原点, 为弹载捷联惯导以下简称子
地心
惯导所在点。引位置向量、,显然为
布撒器相对准惯性坐标系的位置向量。图位置向量的关系
吞此二弃大学二程硕士学位份友第声章禅截旋联核寻方素
第二章弹载捷联惯导方案
捷联惯导的特点是惯性器件直接固连在运载体上。惯性器件直接感应载体的线运
动和角运动信息,工作环境严峻恶劣。因此,一方面要求惯性器件有较高的测量范围,
且必须经过严格的静态误差和动态误差补偿另一方面实现姿态更新和导航计算的算
法必须考虑对特有误差的补偿。此外,导航坐标系的选取将决定捷联惯导力学编排及
传递对准的繁简。
导航坐标系及比力方程的选取
对于滑翔布撒器,飞行距离仅为公里,飞行时间为分钟。距离短意
味着地球的球形曲面可近似成平面,导航坐标系可采用直角坐标系时间短意味着地
球旋转引起的同一点的地理坐标系及各轴指向改变很小,可近似看作不变。所以导航
坐标系选取准惯性坐标系是比较合适的选择。
准惯性坐标系的定义是这样的