速度匹配传递对准的杆臂效应补偿研究

摘要

现代战争要求武器有快速反应的能力，而武器装备的反应时间主要取决于武器装备中的惯性导航系统的初始对准时间，传统的自主式初始对准方式的对准时间很长，而且要求在静基座上进行，这不符合武器系统的实际使用环境，也很难适用于现代战争的需要。所以动基座传递对准是武器装备发展的必然要求。 捷联子惯导在未完成初始对准以前，主惯导和子惯导之间的导航信息之差能不同程度的反应主子惯导之间的失准角，利用这一原理建立相应的误差模型进行滤波估计就可以估计出主子惯导之间的失准角，从而完成初始对准。 传递对准的方法主要有角速度匹配，姿态匹配和速度匹配。在国内，主惯导一般为平台惯导，不能直接提供角速度信息，限制了角速度匹配的应用；由于船舶的变形，会影响到主子惯导的姿态，从而使得姿态匹配传递对准的精度不高，只适合于粗对准。而速度匹配的精度高，适合于精对准。所以本文选择速度匹配传递对准。 由于主子惯导不可能严格位于同一位置，在存在角运动的情形下，主子惯导会敏感到不同的速度，这个现象就是杆臂效应。所以，主子惯导输出的速度差中包含杆臂速度。如果不进行杆臂补偿，势必会对速度匹配传递对准造成影响。 本文主要针对速度匹配传递对准实际运用中杆臂效应的补偿进行研究。在详细介绍了速度匹配传递对准的原理后，对实际运用中存在的杆臂效应进行了深入研究。本文的主要工作分为以下几个方面： 首先，选定速度匹配作为研究对象，对杆臂效应的产生机理，以及它对传递对准的影响进行了研究。文中分析了两种对杆臂效应进行补偿的方法，一是设计数字滤波的方法，另一方法是根据杆臂效应的基本方程通过直接计算的方法进行补偿。在分析对比了以上两种补偿方案以后，提出了一种新的补偿方案。这种方案利用主惯导的姿态信息，求导以后得到载体的角速度，从而计算出杆臂速度，进行杆臂补偿。然后利用角速度信息进行杆臂补偿。本文针对不同的参数，对杆臂补偿进行了仿真研究。 在完成以上工作的基础上，设计了一个速度匹配传递对准的模拟器。并且提供了几种不同的方案来进行杆臂补偿。从而可以对比研究各种不同的补偿方案。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1惯性导航及传递对准技术

1.2速度匹配传递对准中杆臂效应的研究

1.3国内外研究现状

1.4课题研究的背景和意义

1.5论文的主要工作

第2章捷联惯导基本原理

2.1引言

2.2惯导系统常用坐标系

2.3参数和变量的定义

2.4捷联惯导系统原理

2.5坐标系之间的转换

2.6捷联矩阵的更新

2.7捷联惯导的误差源

2.8 Kalman滤波

2.8.1 Kalman滤波理论

2.8.2 Kalman滤波中的几个问题

2.9本章小结

第3章速度匹配传递对准及其杆臂效应补偿

3.1速度匹配传递对准

3.1.1速度误差微分方程

3.1.2失准角微分方程

3.1.3惯性器件误差模型

3.1.4速度匹配的滤波模型

3.2杆臂效应误差补偿

3.2.1杆臂效应原理

3.2.2杆臂效应对传递对准的影响

3.2.3杆臂误差的滤波补偿法

3.2.4杆臂误差的计算补偿法

3.3本章小结

第4章基于惯导姿态信息的杆臂补偿算法

4.1杆臂补偿原理

4.2 仿真

4.2.1针对不同摇摆周期的仿真

4.2.2针对不同的摇摆幅度进行仿真

4.2.3针对不同的采样周期进行仿真

4.2.4针对不同的姿态角误差

4.3本章小结

第5章捷联式惯导传递对准模拟器的实现

5.1 Visual C++技术概述

5.1.1面向对象的程序设计

5.1.2 MFC编程概述

5.1.3动态链接库编程

5.2模拟器的结构

5.2.1 MVC模式的运用

5.2.2 strategy模式的运用

5.3模拟器的组成

5.3.1捷联式惯导系统传递对准方块图

5.3.2模拟器基本流程

5.4基于VisualC++6.0的模拟器的仿真界面

5.4.1模拟器主界面设计

5.4.2设置加速度计以及陀螺仪误差

5.4.3设置初始姿态及其误差

5.4.4设置初始位置

5.4.5设置主子惯导位置

5.4.6设置角运动参数

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢