先进导航技术第四讲惯导系统的初始对准
先进导航技术 第四讲 惯导系统的初始对准
一、引言初始对准是最初确定惯性测量基准指向的过程。惯导系统不可或缺的关键步骤；对惯导系统的精度和反应时间有重要影响T:4~8分飞机惯导ApxAp,2",Ap.:3'~6,T4小时舰艇惯导APx,Ap,1"Ap.:30"~1,技术难度大，方案花样多
初始对准是最初确定惯性测量基准指向的过程。 x ,y : 2 , z : 3 ~ 6 , T : 4 ~ 8分 ◼ 舰艇惯导 x ,y :1 , z : 30 ~ 1 , T : 4小时 ◼ 飞机惯导 一、引言 ➢ 惯导系统不可或缺的关键步骤； ➢ 对惯导系统的精度和反应时间有重要影响； ➢ 技术难度大，方案花样多
二、原理下面介绍在地球表面最常用的一种自足式对准方式。>利用加速度计测量重力加速度分量来确定水平基准，加速度的零位输出将会造成水平对准误差AaAaAxApy三gg>利用陀螺测量地球自转角速度来确定北向基准，陀螺的等效东向漂移会造成方位对准误差8A=ON=Oie·cosdON>地球重力和自转角速度是自主对准的前提，高精度加速度计和陀螺是高精度对准的保证
下面介绍在地球表面最常用的一种自足式对准方式。 ➢利用加速度计测量重力加速度分量来确定水平基准，加速 度的零位输出将会造成水平对准误差 ➢ 利用陀螺测量地球自转角速度来确定北向基准，陀螺的等 效东向漂移会造成方位对准误差 ➢地球重力和自转角速度是自主对准的前提，高精度加速度 计和陀螺是高精度对准的保证。 g a g a x y y x = − = , N x z = − cos N ie = 二、原 理
三、经典的罗经法对准向现代的罗经法对准转变1、经典的罗经法对准(Gyrocompassing)下面给出典型框图---1g-AOAaV多k2o东向（x）通道的水平对准与罗经法方位对准耦合在一起；为抑制扰动，系统必须有足够滤波能力加速度计、平台的滞环将不可避免引起极限环振荡
1、经典的罗经法对准（Gyrocompassing） g — 东向（x）通道的水平对准与罗经法方位对准耦合在一起； — 为抑制扰动，系统必须有足够滤波能力； — 加速度计、平台的滞环将不可避免引起极限环振荡。 s 1 1 1 k s 1 s 1 N − s 1 2 2 k 三、经典的罗经法对准向现代的罗经法对准转变 _ _ 下面给出典型框图 x −
三、经典的罗经法对准向现代的罗经法转变（续）2、计算罗经法对准（开路法）系统粗水平对准后，处于开路补偿状态，此时有：n, =k, [Apxo +(e, -Q~·Ap.)-i]=a, +b,tn,=-k,:APro + Ae,t=a,+b,t根据ni，ni用最小二乘法可估计出axabb，并据此求出水平面回零角，北向剩余漂移和方位不对准角（假定△s，=0）
n k ( ) t a b t y y x x N z y y = + − = + 0 n k t a b t x x y y = x + x = − + 0 根据{nxi},{nyi} 用最小二乘法可估计出ax , ay , bx , by , 并 据此求出水平面回零角 ， ，北向剩余漂移 和方位不对准角（假定 =0）。 x y y x 三、经典的罗经法对准向现代的罗经法转变（续） 2、计算罗经法对准（开路法） 系统粗水平对准后，处于开路补偿状态，此时有：
三、经典的罗经法对准向现代的罗经法转变（续）>计算罗经法可使对准时间压缩到4~5分钟，水平剩余不7对准角不超过2"，测漂移精度达到0.01"/秒；>实现快速对准的关键是对陀螺、加速度计及其量化器分别建模；>高精度对准/标定时建议采用a+bt+ct+de-αt模式，要增加对准时间，对器件“趋势项”具有更强跟踪补偿力
三、经典的罗经法对准向现代的罗经法转变（续） ➢ 计算罗经法可使对准时间压缩到4~5分钟，水平剩余不 对准角不超过2″，测漂移精度达到0.01″/秒； ➢ 实现快速对准的关键是对陀螺、加速度计及其量化器分 别建模； ➢ 高精度对准/标定时建议采用 模式，要 增加对准时间，对器件“趋势项”具有更强跟踪补偿力。 αt a bt ct de− + + + 2
四、双位置对准主要解决等效东向漂移对△P.的影响问题交替对准。接连两次系统启动时，平台指向相差90°，上一次扶正结果服务于本次，可放宽陀螺长期稳定性要求：双位置对准。在一次初始对准过程中，平台在水平面内相距90°或180°两个位置进行对准，可计算出△c和p°（陀螺漂移的航向效应要预先补偿）指北仪壳体转180°，5分钟完成高精度“寻北
➢ 交替对准。接连两次系统启动时，平台指向相差90°，上 一次扶正结果服务于本次，可放宽陀螺长期稳定性要求； ➢ 双位置对准。在一次初始对准过程中，平台在水平面内相 距90°或180°两个位置进行对准，可计算出 和 。 （陀螺漂移的航向效应要预先补偿） ➢ 指北仪壳体转180° ，5分钟完成高精度“寻北”。 主要解决等效东向漂移对 z 的影响问题 x z 四、双位置对准
五、应急对准水平对准仍用加速度讯号，一般1分钟左右可完成方位对准有如下三种方式：最佳可用真航向对准（存储航向、参照物、经修正的磁航向；跑道对准，是一个滑行中数据匹配的过程，而不是一个数据引入的过程；
➢ 最佳可用真航向对准（存储航向、参照物、经修正的磁航 向）； ➢ 跑道对准，是一个滑行中数据匹配的过程，而不是一个数据 引入的过程； 水平对准仍用加速度讯号，一般1分钟左右可完成， 方位对准有如下三种方式： 五、应急对准
六、传递对准利用主惯导系统为辅惯导系统对准的过程。主、辅惯导间“数据匹配的过程”，而不是“数据传输的过程”，这是由于安装基准不一致，运动状态不相同和时间不同步所决定的；传递对准需要载体做一次机动（常用S型机动或称抖翼），靠“速度匹配”和“姿态匹配”实现传递对准；20秒传递对准可做到姿态传递误差小于0.5，方位传递误差小于10：若两套系统采用全程组合可进一步提高精度
利用主惯导系统为辅惯导系统对准的过程。 ➢ 主、辅惯导间“数据匹配的过程”,而不是“数据传输 的过程”，这是由于安装基准不一致，运动状态不相 同和时间不同步所决定的； ➢ 传递对准需要载体做一次机动（常用S型机动或称抖 翼），靠“速度匹配”和“姿态匹配”实现传递对准； ➢ 20秒传递对准可做到姿态传递误差小于0.5′，方位传递 误差小于10′； ➢ 若两套系统采用全程组合可进一步提高精度。 六、传递对准
七、动基座对准在摇摆基座上对准时，加速度计将会感受扰动加速度-0·の?.sinのt（R为惯导系统到载体摇摆轴R的距离，0、w分别为载体摇摆振幅和频率），该加速度比有用信号高出2个量级且不规则，将会大大延长对准时间。研究表明系统工作于导航状态，用观测器（以位置为观测量）的方法可在30分钟左右时间完成对准标定。在运动中对准舰载机的对准；飞机的空中对准：地/地武器在运动中的对准
➢ 在摇摆基座上对准时，加速度计将会感受扰动加速度 （R为惯导系统到载体摇摆轴R的距离，θ、ω分 别为载体摇摆振幅和频率），该加速度比有用信号高出2个 量级且不规则，将会大大延长对准时间。研究表明系统工作 于导航状态，用观测器（以位置为观测量）的方法可在30分 钟左右时间完成对准标定。 ➢ 在运动中对准 sin t 2 − 七、动基座对准 ◼ 舰载机的对准； ◼ 飞机的空中对准； ◼ 地/地武器在运动中的对准