摇摆状态下捷联惯导系统初始对准技术的研究

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1、第l2卷第3期中国惯性技术学报2004年6月文章编号：1005—6734(2004)03—0015—05摇摆状态下捷联惯导系统初始对准技术的研究高伟，郝燕玲，蔡同英(哈尔滨工程大学自动化学院，哈尔滨150001)摘要：研究了摇摆状态下捷联惯导系统的初始对准技术，提出了一种新的对准方案：将初始对准作为一种工作状态嵌入到导航解算中，利用姿态解算构建的“数学平台”来隔离基座的摇摆运动，同时采用二阶调平、方位误差估算方法完成初始对准。通过计算机仿真和三轴转台摇摆实验证明该方案可以有效实现摇摆状态下的对准。关键词：捷联惯导系统；初始对准；二阶调平；摇摆状态中图分类号：U66

2、6．11文献标识码：AInitialAlignmentofStrapdownSystemsonSwingBaseGAOWei，HAOYan-ling，CAITong-ying(AutomationCollege，HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001，China)Abstract：ThispaperstudiestheinitialalignmentofStrapdownInertialNavigationsystems(SINS)onswingbaseandpresentsanefectivealignmentmetho

3、dinwhichtheinitialalignmentisembeddedinnavigationcalculationasakindofstate，theswingisseparatedby“algorithmplatform”，andtwo-orderlevelingandtheazimuthmisalignmentestimationareusedtoperforminitialalignment．Theresultsofcomputersimulationandswingtestonthree-axistumtableshowthatthemethodCa

4、nbeefectivelyusedintheinitialalignmentonswingbase．Keywords：SINS；initialalignment；swingbase；two-orderhorizontalalignment1引言舰船在系泊状态或航行过程中会因风浪的干扰而处于摇摆状态，捷联系统的陀螺仪和加速度计输出包含了因舰船摇摆而产生的干扰信息，此时舰载捷联惯导系统的初始对准就不能采用静基座对准方法。针对上述情况，本文提出一种新的对准方案：将初始对准作为一种工作状态嵌入到导航解算中，利用姿态解算构建的“数学平台”来隔离基座的摇摆运动，同时采用二阶调

5、平、方位误差估算方法完成初始对准。通过计算机仿真和三轴转台摇摆实验证明该方案可以有效实现摇摆状态下的对准。2粗对准2．1构建“数学平台”在摇摆基座上姿态时刻发生变化，需要利用解析对准法n迅速求得一个近似的初始姿态矩阵(O)，构建“数学平台”以隔离基座的摇摆运动，并为下一步对准提供基础。初始姿态矩阵的计算如下：收稿日期：2004-03-17作者简介：高伟(1977一)，男，哈尔滨工程大学自动化学院博士，主要研究方向是捷联惯导及其组合导航技术。16中国惯性技术学报2004年6月旦(g一o)bbx(bg：b)一，(bgb)giegIglec(o)：tan+监sec+监s

6、ectan+监secgIgIgIgggggg其中，，用加速度计输出，，近似代替，砖，砖，建用陀螺仪输出b，，：近似代替。2．2水平粗对准由于受到干扰角运动和干扰加速度以及惯性仪表随机误差的影响，使得采用解析法构建’。的“数学平台”存在较大误差。在水平粗对准阶段采用具有抗干扰能力的二阶调平方案，北向图1北向调平回路原理方框图调平回路对准原理如图1所示，东向调平回路与北向相同。其中，t和t分别表示计算地理坐标系和真实地理坐标系；+6中的两项分别为加速度计的零位误差、干扰加速度；+《中的两项分别为陀螺仪的常值漂移、干扰角速度；为加速度计输出在计算地理坐标系上的投影；(-

7、Oc~为控制角速度；为北向水平失准角；g为重力加速度；、K：为水平对准中设计的参数。北向水平通道的误差方程为：[-r,J]『L_~V,j卜嘲cosc6应得系统特征方程式为：A=l(si一)l=S+KlS+K2g=0(3标准二阶系统特征方程为：S+2uS+‘=0(4)其中，为阻尼系数，(11为有阻尼时自然频率，则由公式(3)和公式(4)得：Kl=2~co．，Kz=09／g(5)粗对准阶段强调快速性，因此将对准时间作为水平粗对准阶段的主要性能指标。调整时间表示单位阶跃响应c(f)堪~z一-10使式lc(f)一c(∞)l△c(∞)(，，A=0．02～o．05)成立所需时

8、间，用t表