旋转捷联惯导在线标定技术_航空航天

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前　言

火箭炮具有机动性强、发射速度快、火力集中等特点，其发展受到世界各国高度重视。现代战争要求火箭炮在射击远程化的同时必须达到精确化，以提高其打击能力。常规无控多管火

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第1章　概　述

对火箭弹进行制导化改造是提高火箭炮精确打击能力的重要手段，由于成本的限制，弹载惯导采用的惯性器件精度较低，因此，在发射前有必要对其误差进行标定。本章首先介绍远程

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1.1　远程火箭弹及其发展［1-2］

(https://www.daowen.com) 远程火箭是陆军炮兵拥有的一类重要装备，主要包括火箭炮、火箭弹等战斗装备，侦察、指挥等信息装备，装填、运输等保障

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1.1.1　远程制导火箭弹关键技术

纵观远程制导火箭弹发展现状，远程制导火箭弹多是在无控火箭弹的基础上增加导航与制导模块、控制模块、修正执行机构等部件而来，所以，其关键技术可分为弹道测量技术和弹道

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1.1.2　旋转体制为火箭弹制导带来的机遇和挑战

采用旋转体制滚转通道无须控制，可以简化制导控制系统的组成，采用一对舵面和一个舵机即可控制俯仰和偏航，有利于降低成本。但是，经典的捷联惯性导航技术因误差过大而难以

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1.1.3　制导火箭弹发展趋势

在新军事变革大潮推动下，一些军事强国积极适应军队转型，着眼未来战争需求和陆军新发展，倾力打造全新的“陆战之剑”，竞相研制、发展远程火箭武器系统。纵观世界军事强国

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1.2　惯性导航技术

惯性导航技术的发展主要由两个方面来推动，一个方面是惯性器件的发展，另一个方面是惯性系统设计理论的发展。(https://www.daowen.com)

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1.2.1　惯性器件

1.陀螺仪陀螺仪从本质上可分为两类：第一类是经典的机械转子陀螺，包括液浮陀螺、动力调谐陀螺以及静电陀螺；第二类是以相对论和量子力学为基础的光学陀螺，包括激光陀

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1.2.2　惯导系统设计理论

平台惯导适合用于20世纪六七十年代计算机技术还不发达、计算能力较差的情况。随着光学陀螺的问世，以及先进的计算机技术和信号处理算法的进步，传统的平台惯导系统逐步转

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1.3　捷联惯导系统原理

在不同的应用场合，惯导解算时都要选取不同的坐标系作为导航坐标系，且不同坐标系之间的转换关系也不尽相同，将直接影响导航的计算过程。结合弹载惯导的实际应用环境，本书

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1.4　惯导误差标定方法综述

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1.4.1　误差种类

标定的对象是惯性器件的误差参数，需要首先建立惯性器件的误差模型。按照不同的运动条件，惯性器件的误差模型往往可分为静态误差模型、动态误差模型、随机误差模型。惯性

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1.4.2　惯导误差标定方法分类

根据选取的观测量不同，标定可分为系统级标定和分立式标定［3］。系统级标定利用载体的机动对惯性器件误差进行激励，能够在导航过程中完成标定，其原理是使器件的输出值直

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1.4.3　惯导标定技术发展现状

1.可观测度分析方法从计算原理上可以看出，惯性导航系统属于时变系统。对时变系统进行误差估计前，有必要分析系统中各待标定参数的可观测性，从而为滤波估计结果的预测

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1.4.4　主、子惯导在线标定研究现状

主、子惯导在线标定技术已经成为一个研究热点问题。在线标定是惯导系统和载体不分离的情况下，在导航过程中对惯性器件进行的误差标定，在线标定要求必须有外参考信息作为基

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第2章　弹载惯导系统误差特性

弹载惯导误差标定中需要考虑的误差主要包括零偏误差、标度因素误差、安装误差。标定的误差参数越多，难度越大，如果能抓住影响导航精度的主要误差，将可简化标定算法，简化

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2.1　火箭炮技术特点

火箭炮作为一种火力压制型武器，是炮兵部队重要的武器装备之一。火箭炮在战时主要打击敌方地面目标，如装甲部队、坦克部队、待机的直升机编队、技术兵器等，如图2-1所示

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2.2　坐标系定义

在宇宙中任何运动都是相对的，因此载体的运动以及导航定位都有其相对的坐标系。在导航解算以及在线标定的过程中，有以下几种常用坐标系。 1.惯性坐标系（i系）原点位

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2.3　捷联惯导误差模型

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2.3.1　器件误差模型

1.陀螺仪误差陀螺的误差可表示为（以x轴为例）式中，为3个轴的输入角速度；ε为零偏，且满足高斯分布；Mg为轴间的安装误差；Kg为刻度系数误差。零偏、安装

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2.3.2　系统误差模型［64］

1.速度误差方程速度误差方程如下：其中，δVE、δVN、δVU为三个方向上的速度误差；L为载体所在方位的纬度；h为高度；RM、RN为地球子午圈和卯酉圈半径

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2.3.3　杆臂效应相关问题

主、子惯导由于安装位置的不同，感受的比力会不同，从而导致杆臂效应，在利用主惯导信息进行标定时必须消除杆臂效应的影响。对杆臂效应进行处理主要有两种方法：第一种方法

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2.4　弹载子惯导误差特性

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2.4.1　弹载子惯导误差特性分析

火箭弹在飞行过程中绕弹轴旋转，旋转速度大概在10 r／s［1］，在对弹体飞行过程中弹载惯导误差特性进行分析之前，首先定义相关坐标系如下。将计算坐标系定义为c系

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2.4.2　弹载惯导误差特性仿真

下面通过仿真的方式来比较弹丸在飞行过程中，各个误差对导航精度的影响，设置仿真参数如下。初始经度为118°，纬度为30°，加速度计刻度系数误差为10-3／（P／

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第3章　匹配模式选择

在线标定中一般采用卡尔曼滤波算法对器件误差进行估计，而滤波的估计精度及收敛速度取决于误差参数的可观测性。系统中各状态量的可观测度越高，其滤波收敛速度越快、估计精

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3.1　卡尔曼滤波基本理论

卡尔曼滤波算法是在1960年由Kalman首次提出的一种递推最优估计理论。由于采用了状态空间法描述系统，且算法是递推形式，因此卡尔曼滤波能够处理多维和非平稳的随

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3.2　可观测性分析方法

定义3-1：如果系统对任意初始状态X（0），存在某个有限的时刻t1＞0，根据时间区间［0，t1］内的已知输入信息u和输出信息Y可以唯一地确定初始状态X（0），则

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3.3　可观测度分析方法

对系统的可观测性矩阵的计算能够定性分析系统的可观测性，但系统的可观测性矩阵的秩相同时，要评定和分析系统的可观测性，就需要引入可观测度的概念。至今，对可观测度的概

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《旋转捷联惯导在线标定技术》简介

前　言

目录

第1章　概　述

1.1　远程火箭弹及其发展［1-2］

1.1.1　远程制导火箭弹关键技术

1.1.2　旋转体制为火箭弹制导带来的机遇和挑战

1.1.3　制导火箭弹发展趋势

1.2　惯性导航技术

1.2.1　惯性器件

1.2.2　惯导系统设计理论

1.3　捷联惯导系统原理

1.4　惯导误差标定方法综述

1.4.1　误差种类

1.4.2　惯导误差标定方法分类

1.4.3　惯导标定技术发展现状

1.4.4　主、子惯导在线标定研究现状

第2章　弹载惯导系统误差特性

2.1　火箭炮技术特点

2.2　坐标系定义

2.3　捷联惯导误差模型

2.3.1　器件误差模型

2.3.2　系统误差模型［64］

2.3.3　杆臂效应相关问题

2.4　弹载子惯导误差特性

2.4.1　弹载子惯导误差特性分析

2.4.2　弹载惯导误差特性仿真

第3章　匹配模式选择

3.1　卡尔曼滤波基本理论

3.2　可观测性分析方法

3.3　可观测度分析方法