第08讲-捷联惯导系统初始对准(授课).ppt

§1 捷联惯导初始对准概述 §2 捷联惯导系统粗对准 §3 捷联惯导系统精对准 第08讲 捷联惯导系统初始对准 第08讲-1.捷联惯导初始对准概述 平台式惯导系统 捷联式惯导系统 1. 捷联姿态矩阵误差会激励导航系统稳态误差 静基座稳态误差分析结果： 第08讲-1.捷联惯导初始对准概述 2. 捷联姿态矩阵误差会激励导航系统振荡误差 初始姿态偏差对捷联式惯导系统导航参数的影响不仅表现在稳态误差上，由于初始姿态偏差引起的振荡误差也是不可忽略的。 船用惯导系统初始对准特点： 1.初始不对准角的不确定性 无论是码头系泊启动还是海上启动，海浪、海风时刻作用在船体上，使船舶处于不停的晃动中。 船的姿态角处于时刻变化之中。因此，其初始不对准角具有不确定性。 2.对准精度的高要求 对初始对准的水平精度需达到10，方位要求在2-3以内。 第08讲-1.捷联惯导初始对准概述 3.对准的可用信息少 作为主惯导系统，负责为武器系统发射和舰船安全航行提供精确的位置、速度和姿态信息。在这种情况下，除初始位置和初始速度可装订外，船用惯导系统只能采用光学方式、自主式方式或利用外部位置（或速度）信息的组合对准方式。 船用惯导系统初始对准的误差源： 第08讲-1.捷联惯导初始对准概述 1．内部误差源 陀螺漂移影响初始对准的方位稳态误差，加速度计零偏影响初始对准的水平稳态误差。为了到达初始对准精而快的要求，陀螺仪与加速度计必须具有足够高的精度和稳定性。 2．外部误差源 舰体受风浪影响会产生艏摇、横摇、纵摇等微幅角运动和垂荡、纵荡、横荡等微幅线运动，这使得船用捷联惯导系统测量到的地球自转角速度和重力加速度受到严重的干扰，并且干扰角速度要比地球自转角速度高出数个数量级。如果对准回路设计不合理，会产生较大的对准误差。 例如： （2）.不同海域、不同吨位的船舶在码头系泊状态下的摇摆幅度与周期测量结果： （1）.系泊、航行状态下受风浪干扰引起的摇摆运动可由一系列幅值和频率相近的正弦波来描述。 第08讲-1.捷联惯导初始对准概述 惯导系统初始对准实现 粗对准：（时间短、精度要求低）在尽可能短的时间里将姿态偏差角调整至一定精度范围内。（水平优于0.5度，方位优于1度）。 精对准：（精度要求高，一般在20-30分钟）在粗对准基础上进行了，要求达到惯导工作状态对初始条件的精度要求。 第08讲-1.捷联惯导初始对准概述 1．粗对准方法1-解析式粗对准 可构成6个标量方程 引入新矢量 由此得到： 粗对准结果： 存在问题？ 船舶静止时： 第08讲-2.捷联惯导系统粗对准 2．粗对准方法2-一次修正粗对准 姿态偏差角为小角度情况下的数学平台运动方程： 存在问题？ 第08讲-3.捷联惯导系统精对准 更新姿态 3．粗对准方法3-闭环修正式粗对准 水平粗对准 方位粗对准 方位失准角估计： 第08讲-3.捷联惯导系统精对准 在粗对准结束后，为了得到更精确的姿态矩阵，需要一个精对准过程，它主要是通过处理陀螺和加速度计的输出值，来估计粗对准得出的姿态矩阵和实际姿态矩阵之间的小失准角，从而校正粗对准的过程。 一般阻尼比： 对准时间： 15-30分钟 1．水平精对准原理 单通道水平回路误差方块图 第08讲-3.捷联惯导系统精对准 2．罗经回路法 第08讲-3.捷联惯导系统精对准 罗经回路在设计时，最主要的问题是在保证系统具有较好抗干扰能力的条件下，合理的设计控制回路，尽量缩短导航系统的对准时间。因此，根据运载体运动的特点、舰船对导航系统的备航时间及惯性元件的性能指标，可以给出初始对准设计需满足的主要特性指标： （1） 在晃动基座下罗经对准的时间为30分钟左右；在时间指标上能满足船用导航系统要求； （2） 由晃动(最大值5×10-3m/s2) 引起的方位失准角振荡幅值小于2角分； （3） 给出最低的扰动频率0.3弧度/秒(相当于最长的扰动周期为21秒)。 3．精对准网络参数设计 第08讲-3.捷联惯导系统精对准 由对准网络可推导得： 由终值定理可求出姿态对准的稳态误差为： 精对准时在东向水平回路中增益 又并联了一个积分回路，有以下几个优点： （1） 增加的积分回路可以估测出北向陀螺漂移，从而补偿其对水平误差的影响； （2） 使精对准时东向水平回路与罗经回路有相同的动态特性，即特征方程相同，从而使回路参数的选择变得很容易。 第08讲-3.捷联惯导系统精对准 东向及北向水平回路的特征式为： 令其特征式和特征根满足： 可得： 令 ，可得方位误差与扰动输入的传递函数为： 第08讲-3.捷联惯导系统精对准 令 ，得： 令 令 令 第08讲-3.捷联惯导系统精对准