捷联惯导传递对准可观测性分析

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1、哈尔滨丁程大学硕十学何论文第1章绪论1．1课题的背景、目的和意义传递对准实际上是一种动基座对准，它利用精度较高的主惯导系统(MINS)来校准未对准好的子惯导系统(SINS)。传递对准技术的提出最初是为了应用于机载导弹的快速对准，后来又引入到舰载设备初始对准领域。现在已广泛应用于机载、舰载及战车的导弹初始对准，舰载机起飞前的对准等等。在对准过程中，系统导航运算所需的初始值由主惯导提供，主惯导系统的精度一般比子惯导系统的精度高几个数量级，因此，采用传递对准可以有效地提高对准精度，缩短对准时间，从而有效提高导弹的命中率和舰载飞机的生存能力。由于安装误

2、差、杆臂效应、机翼的弹性变形等因素的影响，子惯导与主惯导之间存在不对准角。传递对准的主要任务是设法估计不对准角误差并消除其带来的影响。一般来说，传递对准的方法可以分为两大类：一类是计算参数匹配法，另一类是测量参数匹配法。计算参数匹配把失准角当作一个整体，利用主、子惯导系统计算出信息，如位置之差、速度之差对子惯导进行对准；测量参数匹配则是利用主、子惯导系统测得的角速度之差和比力之差来对失准角进行估计。一般来说，测量参数法由于方法直接，其快速性优于计算参数法，但对载体结构挠曲运动比计算参数法要敏感，即在同等条件下，其精度要低于计算参数法。常见的匹配

3、算法包括：位置匹配法、速度匹配法、积分速度匹配法、双积分速度匹配法、比力匹配法、角速度匹配法、积分角速度匹配法等，其中速度和位置匹配法比较成熟，并得到了实际的应用。国外在惯导系统初始对准方面已经进行了多年的研究，我国在这个方面也取得一定成绩，但差距很明显。随着计算机技术的快速发展和误差模型算法的完善，捷联惯导系统(Strap．downInertialNavigationSystem，记为SINS)的精度显著提高，国内静基座对准己得到全面解决，并得到广泛应用。目前的研究重点在捷联惯导的动基座初始对准，传递对准技术以其快速性及高精度成为国内外动基座

4、对准方法研究的重要领域。传递对准技术的理论研究主要是设计对准模型的卡尔曼滤波器，在设计哈尔滨T程人学硕十学位论文卡尔曼滤波器之前，通常先进行系统的可观测性分析，确定卡尔曼滤波器的滤波效果。进行系统可观测性分析包括两个内容：一是确定系统是否完全可观测：二是对不完全可观测系统大致确定哪些状态变量可观测，哪些状态变量不可观测。在静基座对准时，平台式惯导系统的卡尔曼滤波模型为线性定常系统，捷联惯导系统可近似为线性定常系统。在传递对准时，为线性时变系统。线性定常系统的可观测性分析起来比较容易，但线性时变系统的可观测性分析起来就比较困难。因此，系统可观测性

5、的分析成为传递对准研究的重要的一部分。1．2国外的研究现状国外在惯导系统初始对准方面已经进行了多年的研究，最早可追溯到20世纪60年代末，美国的Baziw和Leondes将Kalman．Bucy最优估计理论应用于两套主从方式工作的惯导系统，主惯导系统(MINS)假定已经被精确对准和标定，子惯导系统(SrNS)的对准利用两者的速度和位置误差作为观测量进行卡尔曼一布希滤波。理论研究在80年代以前，主要集中于各种匹配方法以及各种卡尔曼滤波模型的探讨；80年代之后主要寻求快速传递匹配法瞳1。1989年，KainJE和ClourtierJR瞄1将传统的速

6、度匹配方法加以改造，首次提出了“速度+姿态”的匹配法，为惯导系统应用于战术型武器进一步扫清了技术上的障碍，使传递对准的时间缩短到10s，而姿态精度可达到lmrad以下。此后，快速传递对准技术进入实际的应用阶段，而精度和快速性也有一些改进。1992年，TarrantD等人将快速传递对准技术用于ADKEM的对准H1。ADKEM是一种由导弹承载车垂直发射携带动能突防器的超高速导弹，其平均飞行时间为10s，对于对准的快速性有严格要求。俄罗斯的Dmitriyev、Stepanov和Shepel讨论了惯性导航系统航向对准的问题，建立了在考虑航向预先不确定的

7、情况下系统的非线性误差模型方程，提出了非线性滤波方法，解决了旨在分析对准精度，具有非线性状态变量和线性观测量系统的最优估计的算法问题。在可观测性分析方面，I(y30BKOB提出了用行列式方法分析惯导系统，此方法可确定可控、可观测状态的维数，确定不可观测状态与可观测状态的线2哈尔滨：1：程大学硕十学何论文性关系。1983年Hamn叫指出利用卡尔曼滤波器的估计误差协方差阵的特征值和特征向量来指示系统的可观测度，其结论是估计误差协方差阵的特征值越小，系统的可观测度越高，相反，特征值越大，系统的可观测度越低，并在最小特征值时计算特征向量，该特征向量指示

8、出高可观测度的方向。利用该方法能判断出完全可观测系统的可观测度。1992年JiangYEn¨利用Bar-Ithzackn21和Bermann33提出的