
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