捷联惯导系统初始姿态角的确定方法研究

专业论文

捷联惯导系统初始姿态角的确定方法研究

王文灿$!吕惠先!

!西安!"北京!$$$第二炮兵工程学院"$%%!T#!第二炮兵装备研究院"%%%UT

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!摘要"初始数学平台的确定是捷联惯导的关键"而发射前导弹的晃动给初始平台的确定带来了困难%文中首先分析了导弹的晃动规律"进而提出分别利用加速度表和陀螺仪输出的脉冲数据计算导弹的晃动角"并将其综合考虑后求取导弹平均晃动角的方法"为数学平台的建立提供了数据基础%!关键词"惯性测量组合#脉冲数#初始对准!中图分类号"!文献标志码"’"#$%&G!!!

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始对准的主要目的就是精确确定弹体坐标系!‘$

F!引言

对于捷联式惯性制导"数学平台!即四元数矩阵$取代了平台式惯性制导系统中物理平台的作用"若初始四元数矩阵有误差"这种误差就会在制导方程中传递"从而造成较大的落点偏差%因此"精确地确定弹体坐标系和制导坐标系之间的初始四元数矩阵"是捷联式惯性制导系统初始对准的主要任务"而垂直竖立在发射台上的导弹由于受到各种干扰的影响"一直处于一种随机晃动状态"这给初始四元数矩阵的建立带来一定的误差"完全消除这种误差是非常困难的%文中在提出一种计算其晃动分析了导弹的晃动规律后"

平均位置的方法"确定了导弹的晃动误差角"为初始四元数矩阵的建立提供了数据基础%

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与初始发射坐标系!的关P‘)-P$)-77$$$$

即确定姿态角/!俯仰角$"偏航角$"滚系"’!,!

动角$%但通常情况下并不能精确知道这三个姿即总有偏差角!造成此偏态角"!!’存在"/","差角的存在主要有两部分原因’其一是由惯性组合系统本身精度造成的"这种误差不能被惯性组只能在引入外部测量量的情况合系统测量出来"

下才能将其分离出来#其二是由瞄准方法精度的限制以及导弹随机晃动造成的"这种误差可以由惯组直接测量%

设导弹实际初始对准偏差角为!!&"&"/,

由惯组误差系数偏差引起的偏差角为!’&"由导弹晃动引起的偏差角!!!’?[K"?[K"?[K"/,为!则’!!’@"@"@%/,

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’!初始对准误差源

对于捷联惯性系统来说"由于惯性器件直接固联在弹体上"平台系与弹体系重合"所以其初

!’’’&(!?[K+!@对于惯组误差系数偏差"可以通过射前补偿

!%%RQ%RQ!&#!%%RQ%SQ%U"收稿日期#!!修回日期#

作者简介#王文灿!$"男"河北故城人"硕士研究生"研究方向’弹道设计与优化飞行器设计%$SU!Q

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技术!进行修正#所以可以近似认为!?[K(/

只要知道加速度表和陀螺仪的各种标定系中#

数#通过反解&’式和&’式#就可以很容易地求!&出导弹在弹体坐标系内的视加速度和角速度的值#在导弹的初始标定过程中也必须利用这些脉冲数据来计算导弹的初始姿态角误差$

$在后面的讨论中#初始对准!’?[K(!?[K(%,

误差统一用!!!’表示$/#,#

G!惯组输出信息模型

加速度表和陀螺仪敏感导弹的视加速度和先将其转化为电压或电流信号#再将角速度后#

这些电压或电流信号转化为数字脉冲信号#以提供弹载计算机进行导航计算使用$加速度表输出的脉冲信号与导弹的视加速度之间的关系经过

$"一定的模型简化可表示为!%

H!导弹晃动模型的建立

若没有任何干扰#瞄准后导弹是垂直竖立在发射阵地上的#即-7$轴与7轴重合#$轴与-轴反方向重合#但由于风)发射台P$轴与P轴重合#造成导弹的不断晃的震动以及其它随机干扰#

动#由于导弹晃动的振幅和周期是随时间变化不能精确地计算任意时刻导弹的位置#但这的#

种晃动的长期作用结果形成了一个与导弹理想位置有偏差的晃动平均位置#它与理想导弹位置的偏差角为!!!’

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在#射均内轴令

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陀螺仪输出的脉冲信号与导弹的转动角速

$"度之间的关系经过一定的模型简化可表示为!%

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,,,的比例系数(!!!-$#$#P$为各陀螺仪的实测视加7速度$

由&’式和&’式可知#加速度表和陀螺仪!&的输出信息以脉冲数的形式表达出来$导航计算式中%

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由于!理论上加速度表和陀/和!,的存在#螺仪都会给出相应的误差角脉冲输出#但它们对导弹晃动的敏感程度不一样#如图!和图&所示$

图!是加速度表7$轴通道输出的脉冲数随

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弹箭与制导学报

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