飞行体姿态测试及仿真技术研究

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1、飞行体姿态测试及仿真技术研究２００４年第１８卷增刊测试技术学报ｖ０１．１８Ｓｕｐｐ．：２００４ＪＯｕＲＮＡＬＯＦＴＥｓＴＡＮＤＭＥＡＳＵＲＥＭ擎ＮＴＴＥＣＨＮＯＬｏＧＹ张会新秦丽孟令军’（华北工学院电子科学与技术系，太原０３００５１）摘要ｌ本文针对飞行体姿态测试及仿真问题，阐述了无陀螺捷联惯性系统的应用，并提出其在弹体姿态测试上的优势。重点分析了采用九加速度计组合的姿态解算方法，进行了算法误差分析和比较，并探讨了可以采甩的最优化解算方法以尽可能真实地解算出飞行体在各时刻的真实姿态。／．关键词捷联无陀螺仿真误差分析简述由加速度计组合而成的捷联惯性测量系统的主要任务就是精确测

2、定飞行体（导弹或弹丸）的飞行参数（包括姿态、转速、速度、着靶坐标以及着靶姿态等）。相对于应用较为广泛的采用实体平台的惯性测量系统，其主要优点是降低了体积和成本、解决了陀螺不能抗高过载的缺点。１捷联式惯性测量系统原理分析目前在国内外，对于飞行体飞行参数还没有完全有效的测试系统，———————————————————————————————————————————————且不能解决在发射高过载下的测试问题。在时空位置测试方面，现在通常用线加速度传感器与陀螺组合的微惯性测量组合。惯性测量组合的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础的，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行

3、积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置信息等。由于惯性测量所得到的参数是应用于后续导航系统中。因此，所测参数的精确性将直接影响到制导武器的有效打击及其精确性。目前，惯性测量可分为两大类：平台式和捷联式惯性测量组合。它们的主要区别在于，前者有实体的物理平台，陀螺和加速度计置于由陀螺稳定的平台上，该平台跟踪导航坐标系，以实现速度和位置解算，姿态数据直接取自于平台的环架；在捷联式惯性测量组合中，陀螺和加速度计直接固连在载体上…。惯性平台的功能由计算机完成，故有时也称作”数学平台’，它的姿态数据是通过计算得到的。‘’惯性导航系统通常使用线加速

4、度计测量线加速度，用陀螺测量刚体的角速度，微惯性测量装置（ＭＩＭｕ）作为一种新型惯性导航系统也不例外。但是采用陀螺测量时，摩擦力矩、进动轴上信号传感器的反作用力矩以及陀螺活动部分的重心与转轴不重合均会引起陀螺的漂移。同时陀螺内含有转动部件，不能承受大的线加速度冲击，这也是它的致命弱点。因此国内外竞相开展了无陀螺微惯性测量装置（ＧＦＭＩＭＵ）的研究幢’。用加速度计代替陀螺实现惯性测量的思想国外早有人提出，早在１９６５年，ＤｉＮａｐｏｌｉ在他的硕士论文中首次提出不用陀螺测量物体角速度的想法ｎ１。—————————————————————————————————————————

5、——————我国相关专家学者在国外研究的基础上，改进了九加速度计的模型，提出了一种新颖的解算算法Ｈ１，抑制了迭代误差，降低了惯性测量组合的漂移，指出此方法可以适用于中等精度惯性导航系统。并且得出结论，利用九加速度计的模型可以将无陀螺惯性测量组合的漂移控制在一定范围内，使其实际应用成为可能。．．。．…．．一现通常采用的口，６，ｃ，ｄ，六．厂，ｇ，厅，ｆ九个加速度计的组合方案如下所述，其安装方式如下图。上述九个加速度计的安装点在弹体坐标系中的坐标为［Ｏ厶Ｏ］，［０厶０］，［０厶Ｏ］，［０厶Ｏ］，［ＯＯ厶］，［Ｏ０三，］，［厶０Ｏ］，［厶Ｏ０］，［三，０Ｏ］。设各加速度计测出的

6、比力分别为乒，乒，∥，乒，乒，∥，石，∥，歹。比力的意义是相对惯性空间的加速度万与单位质量的?收稿日期：２００４．０４．１２’●～万　方数据１２８测试技术学报２０∞年６月万有引力之向量差。惯性加速度计敏感、测量的不仅是运载体相对惯性空间的加速度，而且还包括引力加速度＜‘主要是地球引力力百速度），所以，更准确地应当把加速度计称为“比力敏感器”。这是加速度计最本质的特征。为了得到测量中要求的载体加速度，必须从加速度计的输出信号中补偿掉地球引力加速度。图１九加速厦计的安装万粟———————————————————————————————————————————————安装在弹体

7、上任一点的加速度计所测的比力方程为于６＝呓＋砩×驴＋戤×（戤×－６）＋（２碗＋戤）×（露＋戤×Ｐ）＋季６＋Ｖ６（１）式中夕６＝【力钟∥】７’为加速度计测得的比力：呓＝【呓碟彬】７１为弹体质心对地加速度；砣：［呓碟时】ｒ为弹体质心对地速度；配＝呦：西兰西；】７’为弹体对导航系ｎ的角加速度；硪＝陋：缈羔国；】７＇为弹体对导航系ｎ的角速度：砖＝陋名国‰国：，】７为地球白转角速度：戤＝陋二ｚ国量彩二，】７１为惯导的位置角速度：Ｐ＝【芝乓口】７１为加速度计安装点在弹体系ｂ中的位置：季６＝【ｇ：ｇ羔ｇ；】７’为重力加速度；Ｖ６＝【Ｖ：Ｖ々