捷联惯导系统大失准角下的初始对准研究

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1、第42卷第4期2012年7月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．42No．4Jul．2012捷联惯导系统大失准角下的初始对准研究刘海鹏1，张科1，李恒年2，孙守明2(1．西北工业大学航天学院，陕西西安7113072；2．中国西安卫星测控中心宇航动力学国家重点实验室，陕西西安710043)摘要：针对捷联惯导系统祁始对准过程申的夫失准角情巩，建立了基于欧扭平台误差角概念的捷驳惯导乐统(SINS)非线-}生误差模型，对于具有加性噪声的动态方程，当状态方程为非线性而观

2、测方程为线性时，特一种简化的uKF滤波方法运用到捷联惯导系统初始对准中，并在静基座下对捷联惯导系统大失准角初始对准进行了仿真。仿真结果表明，随着失准角的增大．简化的UKF比EKF估计精度更高。是一衬在进行捷联惯导系统犬失准危条停下的初始对准时实用方法。关键词：捷联惯导系统；大失准角；初始对准；简化UKF中图分类号：U666．12文献标识码：A文章编号：167L．654X(2012)04—0039—04ResearchonInitialAlignmentofSINSwitllLargeMisalignme

3、ntAnglesLIUHal—pen91，ZHA_NGKe‘，LIHeng—niaJ，SUNShoa—ruin92(1．SchoolofAstronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，施’an710072，China；2StateKeyLaboratory∥AstronauticDynamics，肛’anSatelliteControlCenter，xi’n几710043，China)Abstract：SINS(Strap—downInertialNav

4、igationSystem)nonlinearerrormodelisbuiltbasedontheCOIl—eeptofEulerplatformerrorangleswithlargemisalignmentangles．AsimplifiedUKF(UnscentedKalmanFilterlfiltermetbadisappliedtotheinitialalignmentofSINSwhenthestateequatian选thenon—linearandtheobservedequation

5、islinearfortheadditivenoisedynamicequation．TheinitialalignmentofSINSwithlargemisalignmentanglesissimulatedunderfhestaticbase．ThesimulationresultshowedthatthesimplifiedUKFwashigherattheestimationprecisianthanEKF(ExtendedKalmanFihex)withmisalign—mentangles

6、beingbigger．AnditisaverypracticalmethodattheinitialalignmentofSINSwithlargemis—alignmentangles．Keywords：SINS；largemisalignmentangle；initialalignment；simp?tifiedUKF引言初始对准是捷联式惯性导航系统的一项关键技术，在各种干扰运动的影响下，系统必须在较短时间内，以一定的精度确定出从机体坐标系到导航坐标系的姿态转移矩阵，初始对准的精度会直接影响到整个

7、系统的精度【1’。对于小失准角情况，捷联惯导系统的误差模型是线性的，根据经典的妒角法或护角法推导可以得到，然后利用标准的卡尔曼滤波方法就能够有效地解决初始对准问题。但是，对于大失准角情况，捷联惯导系统的误差模型通常是非线性的，基于小失准角假设建立的线性对准模型不能准确描述系统的误差传播特性，需建立大失准角非线性误差方程。传统的扩展卡尔曼滤波(EKF)，将非线性函数按照豢勒级数展开取一阶近似项，从而将非线性问题转换为线性问题。但当非线性函数泰勒级数展开式的高阶项无法忽略时，EKF会导致很大的线性化误差，造

8、成滤波器精度降低，甚至发散，影响系统的正常工作¨。4o。本文认为欧拉平台误差角的转动是有先后顺序的，使用欧拉平台误差角来表示从理论导航坐标系到计算导缱坐标系的变换关系，在i鲢：基础上建立了大失准角条件下的捷联惯导系统非线性误差模型”’。对于具有加性噪声的动态方程，当状态方程为非线性而观测方程为线性时，将一醉简化的UKF方法运瑁弱捷联惯导系统初始对准中，取得了很好的计算机仿真结果。眭甍日期：201]一05一i9修订_日期．弛12一06—14基