舰载导弹用捷联惯导系统校准技术研究

舰载导弹惯导系统初始对准结束后即转入待机发射状态，为了保证导弹长时间待机发射后惯导系统的导航精度，惯导系统在待机过程中需要进行校准。针对舰载导弹武器系统作战使用要求，进行了导弹惯导系统射前校准技术研究，设计了一种采用速度匹配方法对惯导系统进行校准的方案，给出了校准滤波器的模型和校准过程中的修正方法。通过舰载试验对该方案进行了试验验证，试验结果表明该方案具有校准时间短、校准精度高、可以适应舰船各种机动航行等优点，保证了舰载导弹惯导系统长时间待机发射后的导航定位精度。     

系泊状态舰载捷联惯导初始对准算法设计

系泊状态下舰船因风浪影响而产生摇摆,陀螺输出信息中信噪比很低,地球自转角速度信息难以提取出来,从而给舰载捷联惯导的初始对准带来困难.针对这一问题,研究了摇摆状态下捷联惯导系统的初始对准技术,基于舰载武器特点建立了捷联惯导系统在系泊状态下的误差模型,采用卡尔曼滤波和自适应滤波进行精对准,并根据摇摆频率与地球自转角速度频带的不同设计了巴特沃思低通滤波器对惯性器件的输出信息进行预滤波,从而一定程度上隔离舰船晃动.理论分析和仿真结果表明,该方案能有效地解决舰船系泊状态下捷联惯导系统的初始对准问题,而且具有较高的精度,研究结果对舰载捷联惯导初始对准具有一定的参考价值.     

大方位失准角下舰载机快速传递对准技术

为解决舰载主惯导与机载子惯导之间大失准角问题,同时满足对准快速性的需求,提出了从舰载机进入弹射位置开始,到舰载机飞离甲板时间内,基于虚拟惯导(VINS),综合利用舰载主惯导信息、跑道航向信息以及激光多普勒测速仪(LDV)信息,利用速度匹配方法实现舰/机惯导传递对准的方法,并建立了传递对准误差模型。该模型利用舰艇坐标系与跑道坐标系之间的方向余弦矩阵,将舰载坐标系与机载坐标系之间的大失准角问题,转化为机载坐标系与跑道坐标系之间的小方位失准角问题。考虑弹射过程舰艇及舰载机的运动模型,利用数学仿真对传递对准误差模型进行了验证,并与UKF滤波方法进行了对比。仿真结果表明,该方法可以在8 s内实现舰/机惯导的传递对准,对准性能与UKF滤波方法相当,且对准过程不需要舰艇进行任何机动运动。     

大方位失准角的舰载武器INS对准

研究了舰载武器惯导系统（INS）大方位失准角的传递对准问题。首先,给出了适用于大方位失准角的INS姿态误差和速度误差传播模型。然后,提出了一种改进的利用速度＋角速率匹配的传递对准算法,该算法能够借助海浪引起的舰船运动进行传递对准。通过基于奇异值分解的卡尔曼滤波器（SVD-KF）的引入,给出了非线性滤波算法的实现方案,并对SVD-KF和EKF在大方位失准角的舰载武器INS对准就姿态失准角的估计精度和收敛速度进行了比较。仿真结果验证了所提大方位失准角传递对准算法的可行性。     

基于鲁棒滤波的挠曲变形和动态杆臂补偿算法

针对舰载传递对准中主/子惯导之间挠曲变形及其产生的动态杆臂问题,首先分析了主/子惯导的IMU输出关系;然后建立了子惯导的系统误差模型;最后将挠曲变形和动态杆臂视作一种能量有限的未知量测噪声,设计了H∞滤波算法。仿真实验对比了已知挠曲变形和动态杆臂时的Kalman滤波方案1和未知挠曲变形和动态杆臂时的Kalman滤波方案2、H∞滤波方案3的对准效果,结果表明:使用H∞滤波方案3的航向对准速度较慢,但最终对准精度优于使用Kalman滤波方案2,与使用Kalman滤波方案1的对准精度相当,水平精度达到0.15'以内,航向精度达到0.5'以内,运算时间减少约20%。因此所设计的H∞滤波算法对挠曲变形和动态杆臂有良好的抑制能力,满足实际舰载传递对准的要求。     

捷联惯导角速度匹配传递对准方法研究

潜器用SINS在释放前摇摆基座上进行初始传递对准时，主惯导与子惯导之间不仅会因安装而产生常值失准角，而且会因为舰体的变形产生不确定失准角。用二阶马尔可夫对舰体变形进行了建模，并对角速度匹配传递对准方法进行了研究。计算机仿真验证了舰体变形模型的可行性，角速度匹配传递对准方案可以有效、快速地为潜器提供高精度的导航姿态基准。     

基于谱分解的SINS传递对准可观测度分析方法

针对舰载武器捷联惯导系统的快速精确传递对准问题,对"速度+姿态"匹配进行了简化,给出"速度+航向"匹配的传递对准模型。在此基础上,提出了一种基于Hermite矩阵谱分解的可观测度分析方法,该方法仅需要对阶数与系统状态维数相同的Hermite矩阵进行谱分解,算法简单。最后,应用该方法分别对三种匹配(速度匹配、"速度+姿态"匹配和"速度+航向"匹配)的系统状态进行可观测度分析。仿真试验结果表明:基于谱分解的可观测度分析方法是正确有效的,"速度+航向"匹配的对准精度在10 s内优于4′,能够实现捷联惯导系统的快速精确传递对准。     

信息时标不一致对传递对准的影响及修正

为了解决传递对准中主子惯导信息时标不一致带来的问题,首先从原理上分析了其对传递对准滤波产生的影响,进而设计有效的修正方法。针对时标不一致引起的主子惯导输出不一致、滤波周期随机和量测滞后的影响,先利用子惯导的硬件中断获取主子惯导时标差,接着采用多项式拟合内插法计算主惯导信息时标处的子惯导信息进行量测匹配,实施等周期滞后滤波,最后利用外推法对随机时标差进行补偿。仿真结果显示,时标不一致对传递对准的影响与原理分析结论一致,修正之后滤波精度提高了几倍。可见,此修正方法依据准确的时标获取、滤波匹配,比将时标不一致考虑为系统状态的方法更可靠,能够保证高精度快速传递对准滤波的实现,具有重要的工程价值。     

一种应用四元数的快速传递对准方法

传递对准是舰载武器惯导系统初始对准的一种有效办法，为满足舰载武器要反应快的要求，必须在短时间内对初始不对准角进行估计并加以补偿。文中建立了采用四元数的传递对准的，线性模型，在此基础上进行卡尔曼滤波，解决了舰载垂直发射导弹的初始对准问题，同时又克服了一般四元数对准模型非线性滤波计算量大，对准时间长的缺点，使导弹能在短时间内完成对准，提高其反应速度，增加其命中率。仿真结果表明，该文提出的快速对准方法具有对准速度快、精度高的优点。     

双主惯导对子惯导的高精度传递对准方法

激光陀螺惯性导航系统在旋转调制过程中会产生锯齿形速度误差,影响舰载武器系统子惯导传递对准精度。通过分析锯齿形误差产生的机理,提出了一种基于不同旋转控制策略的双惯导数据融合方法,估计并补偿主惯导惯性元件误差,从而减小主惯导锯齿形速度误差波动幅度。仿真结果表明,补偿后主惯导速度锯齿形速度误差峰峰值减小了一个数量级,子惯导传递对准后的水平角精度提高了1.5″,方位角精度提高了3′。