为提高惯性导航系统精度,常用综合校正估计陀螺漂移,即定期地对陀螺漂移进行测定和补偿,并重调系统航向和位置,主要校正方式可分为两点校、三点校或点点校。其中,三点校是在一定的时间间隔内,连续 3 次获得外部准确位置信息并进行系统重调,估计出陀螺常值漂移。通常,位置信息由 GPS(或GLONASS)给出[1]。受外界测量信息误差、载体运动及惯导系统本身的影响,经校正所得的陀螺常值漂移存在误差,直接影响综合校正的效果。在考虑陀螺随机漂移和动态误差的影响后,文献[2-3]提出了在无阻尼综合校正方法。另外,校正结束后的系统参数突变导致导航系统平衡状态遭到破坏,产生超调,降低了系统精度,文献[4-5]采用自动补偿技术,改善了综合校正中的超调问题。文献[6-9]综合考虑外信息误差以及惯性导航系统平台误差,并针对这两类误差对 GPS/INS 组合导航统的影响进行讨论。
本文讨论三点校过程中外界量测误差与平台水平失调角对陀螺漂移估计的影响,并从理论上进行数学仿真与分析。
1 基于误差的三点校原理载体在空间运动,矢量 Ф(t)为平台坐标系相对地理坐标系的误差角;ψ(t)为平台坐标系相对计算机坐标系的误差角;Θ(t)为计算机坐标系相对地理坐标系的误差角。根据定义:
$\Phi \left( t \right)=\Theta \left( t \right)+\psi \left( t \right),$ | (1) |
设东北天地理坐标系为 OXYZ,Ф(t)在 OXYZ 系下各轴向的分量分别为 α(t),β(t)和 γ(t),即
$\Phi \left( t \right)={{\left[ \begin{matrix} \alpha \left( t \right) & \beta \left( t \right) & \gamma \left( t \right) \\ \end{matrix} \right]}^{\text{T}}}\text{,}$ | (2) |
计算机坐标系由惯导计算机所解算的位置 λc(t),φc(t)唯一确定,那么它与地理坐标系之间的关系也就由位置误差所确定,即:δλ(t)= λc(t)- λ(t),δφ = φc(t)- φ(t),其中 λ(t),φ(t)分别为地理坐标系原点的经纬度。
Θ(t)在地理坐标系各轴向分量与经纬度误差的关系为:
$\left\{ \begin{array}{*{35}{l}} {{\theta }_{X}}\left( t \right)=-\delta \varphi \left( t \right), \\ {{\theta }_{Y}}\left( t \right)=\delta \lambda \left( t \right)\cos \varphi , \\ {{\theta }_{Z}}\left( t \right)=\delta \lambda \left( t \right)\sin \varphi \\ \end{array} \right.$ | (3) |
将式(2)和式(3)代入式(1)得到惯性导航系统的位置及航向误差与平台漂移角 ψ 之间的关系:
$P(t)=M\psi (t)-NW(t)\text{,}$ | (4) |
式中:P(t)= [δφ(t) δλ(t)]T 为惯导经纬度误差;W(t)= [α(t) β(t)]T 为惯性平台水平误差角;${{M}} = \left[{\begin{array}{*{20}{c}}1 & 0 & 0\\0 & {-1} & {\tan \varphi }\end{array}} \right]$;${{N}} = \left[{\begin{array}{*{20}{c}}1 & 0\\0 & {-\sec \varphi }\end{array}} \right]$。
在舰船速度较低时,平台漂移角 ψ(t)与陀螺常值漂移 ε 之间的关系为:
$\psi ({{t}_{N+1}})=T({{t}_{N+1}},{{t}_{N}})\psi ({{t}_{N}})+U({{t}_{N+1}},{{t}_{N}})\frac{\varepsilon }{\Omega }\text{,}$ | (5) |
式中:tN 和 tN + 1 分别为第 N 次和第 N + 1 次重调时刻;Ω 为地球自转角速度。
令 aN = Ω(tN + 1-tN),则
${{T}}({t_{N + 1}}{\rm{,}}{t_N}) = \left[{\begin{array}{*{20}{c}} {\cos {a_N}} & 0 & {-\sin {a_N}}\\ 0 & 1 & 0\\ {\sin {a_N}} & 0 & {\cos {a_N}} \end{array}} \right]$,${{U}}({t_{N + 1}}{\rm{,}}{t_N}) = \left[{\begin{array}{*{20}{c}} {\sin {a_N}} & 0 & {-(1-\cos {a_N})}\\ 0 & {{a_N}} & 0\\ {1-\cos {a_N}} & 0 & {\sin {a_N}} \end{array}} \right]$ |
OEPQ 坐标系下陀螺漂移:
${{\varepsilon }} = {\left[{\begin{array}{*{20}{c}} {{\varepsilon _E}} & {{\varepsilon _P}} & {{\varepsilon _Q}} \end{array}} \right]^{\rm{T}}}$ |
设外界测量的经纬度为 λ0(t)、φ0(t),惯导计算机推算的经纬度和航向为 λc(t)、φc(t),定义外界测量信息误差 ΔP(t)= [Δφ(t)Δλ(t)]T,其中 Δφ(t)= φ0(t)- φ(t),Δλ(t)= λ0(t)- λ(t),则实际校正量 P′(t)= P(t)- ΔP(t)= [φc-φ0λc-λ0]T。
设重调前后的时刻分别为 t- 和 t+,由式(4)得:
$\begin{align} & P\left( {{t}_{1}} \right)=M\psi \left( {{t}_{1-}} \right)-NW\left( {{t}_{1}} \right)= \\ & {{S}_{1}}\left[ \begin{matrix} {{\psi }_{Q}}\left( {{t}_{1-}} \right) \\ \frac{\varepsilon }{\Omega } \\ \end{matrix} \right]-NW\left( {{t}_{1}} \right)\text{,} \\ \end{align}$ | (6) |
式中 ${{{S}}_1} = [ M]$。
由式(4)和式(5)得:
$\begin{align} & P\left( {{t}_{2}} \right)=M\psi \left( {{t}_{2-}} \right)-NW\left( {{t}_{2}} \right)= \\ & M\left[ T\left( {{t}_{2}},{{t}_{1}} \right)\psi \left( {{t}_{1+}} \right)+U\left( {{t}_{2}},{{t}_{1}} \right)\frac{\varepsilon }{\Omega } \right]-NW\left( {{t}_{2}} \right)= \\ & MT\left( {{t}_{2}},{{t}_{1}} \right)\psi \left( {{t}_{1+}} \right)+MU\left( {{t}_{2}},{{t}_{1}} \right)\frac{\varepsilon }{\Omega }-NW\left( {{t}_{2}} \right)\text{,} \\ \end{align}$ | (7) |
$\left\{ \begin{array}{*{35}{l}} \Delta P(t)=M\psi ({{t}_{+}})-NW(t)\text{,} \\ P(t)=M\psi ({{t}_{-}})-NW(t) \\ \end{array} \right.$ | (8) |
由式(8)得:
$\psi \left( {{t}_{+}} \right)=G\cdot \psi \left( {{t}_{-}} \right)+H\cdot \Delta P\left( t \right)+R\cdot W\left( t \right)\text{,}$ | (9) |
式中:${{G}} = \left[{\begin{array}{*{20}{c}} 0 & 0 & 0\\ 0 & 0 & {\tan \varphi }\\ 0 & 0 & 1 \end{array}} \right]$;${{H}} = \left[{\begin{array}{*{20}{c}} 1 & 0\\ 0 & {-1}\\ 0 & 0 \end{array}} \right]$;${{R}} = \left[{\begin{array}{*{20}{c}} 1 & 0\\ 0 & {\sec \varphi }\\ 0 & 0 \end{array}} \right]$。
将式(9)代入式(7)得:
$\begin{align} & P\left( {{t}_{2}} \right)=M\psi \left( {{t}_{2-}} \right)-NW\left( {{t}_{2}} \right)= \\ & M\left[ T\left( {{t}_{2}},{{t}_{1}} \right) \right.\left. \left( G\cdot \psi \left( {{t}_{1-}} \right)+H\cdot \Delta P\left( {{t}_{1}} \right)+R\cdot W\left( {{t}_{1}} \right) \right) \right]+ \\ & \left. U\left( {{t}_{2}},{{t}_{1}} \right)\frac{\varepsilon }{\Omega } \right]-NW\left( {{t}_{2}} \right)=MT\left( {{t}_{2}},{{t}_{1}} \right)G\cdot \psi \left( {{t}_{1-}} \right)+ \\ & MU\left( {{t}_{2}},{{t}_{1}} \right)\frac{\varepsilon }{\Omega }-NW\left( {{t}_{2}} \right)+MT\left( {{t}_{2}},{{t}_{1}} \right)\left[ H\cdot \Delta P\left( {{t}_{1}} \right)+ \right. \\ & \left. R\cdot W\left( {{t}_{1}} \right) \right]={{S}_{2}}\left[ \begin{matrix} {{\psi }_{Q}}\left( {{t}_{1-}} \right) \\ [5pt]\frac{\varepsilon }{\Omega } \\ \end{matrix} \right]-NW\left( {{t}_{2}} \right)+MT\left( {{t}_{2}},{{t}_{1}} \right)\times \\ & \left. \left[ H\cdot \Delta P\left( {{t}_{1}} \right)+ \right.R\cdot W\left( {{t}_{1}} \right) \right] \\ \end{align}$ | (10) |
式中,${{{S}}_2} = \left[{\begin{array}{*{20}{c}} {{{MT}}\left( {{t_2}{\rm{,}}{t_1}} \right){{G}}}& {{{MU}}\left( {{t_2}{\rm{,}}{t_1}} \right)} \end{array}} \right]$。
同理得到 t3 时刻:
$P\left( {{t}_{3}} \right)=MT\left( {{t}_{3}},{{t}_{2}} \right)\psi \left( {{t}_{2+}} \right)+MU\left( {{t}_{3}},{{t}_{2}} \right)\frac{\varepsilon }{\Omega }-NW\left( {{t}_{3}} \right)\text{,}$ | (11) |
代入式(5)和式(9)得:
$\begin{align} & P\left( {{t}_{3}} \right)={{S}_{3}}\left[ \begin{matrix} {{\psi }_{Q}}\left( {{t}_{1-}} \right) \\ \frac{\varepsilon }{\Omega } \\ \end{matrix} \right]-NW\left( {{t}_{3}} \right)+ \\ & MT\left( {{t}_{3}},{{t}_{2}} \right)\left[ G\cdot T\left( {{t}_{2}},{{t}_{1}} \right)\left[ H\cdot \Delta P\left( {{t}_{1}} \right)+R\cdot W\left( {{t}_{1}} \right) \right]+ \right. \\ & \left. \left( H\cdot \Delta P\left( {{t}_{2}} \right)+R\cdot W\left( {{t}_{2}} \right) \right) \right] \\ \end{align}$ | (12) |
式中: ${{ S}_3} \!=\! \left[{\begin{array}{*{20}{c}} {{ MT}\!\left( {{t_3},{t_2}} \right)\!{ G} \!\cdot \!{ T}\!\left( {{t_2},{t_1}} \right){ G}}\!\! & \!\!{{ MT}\left( {{t_3},{t_2}} \right)} \end{array}} \right. \cdot $$\left. {{ GU}\left( {{t_2},{t_1}} \right) \!+\! { MU}\left( {{t_3},{t_2}} \right)} \right]$。
综合式(10)和(12)得:
${{ S}_3} = \left[{{ MT}\left( {{t_3},{t_2}} \right){{ G},{ T}}\left( {{t_2},{t_1}} \right){ GMT}\left( {{t_3}} \right)} \right]$ |
$\left\{ \begin{array}{*{35}{l}} \left[ \begin{matrix} {{S}_{2}} \\ {{S}_{3}} \\ \end{matrix} \right]\cdot \left[ \begin{matrix} {{\psi }_{Q}}\left( {{t}_{1-}} \right) \\ \frac{\varepsilon }{\Omega } \\ \end{matrix} \right]=\left[ \begin{matrix} P\left( {{t}_{2}} \right) \\ P\left( {{t}_{3}} \right) \\ \end{matrix} \right]+N\left[ \begin{matrix} W\left( {{t}_{2}} \right) \\ W\left( {{t}_{3}} \right) \\ \end{matrix} \right]-Q\text{,} \\ Q=\left[ \begin{matrix} MT\left( {{t}_{2}},{{t}_{1}} \right)\left[ H\cdot \Delta P\left( {{t}_{1}} \right)+R\cdot W\left( {{t}_{1}} \right) \right] \\ MT\left( {{t}_{3}},{{t}_{2}} \right)\left[ G\cdot T\left( {{t}_{2}},{{t}_{1}} \right)\left[ H\cdot \Delta P\left( {{t}_{1}} \right)+R\cdot W\left( {{t}_{1}} \right) \right]+\left( H\cdot \Delta P\left( {{t}_{2}} \right)+R\cdot W\left( {{t}_{2}} \right) \right) \right] \\ \end{matrix} \right] \\ \end{array} \right.$ | (13) |
定义广义陀螺漂移
$E=\left[ \begin{matrix} {{E}_{X}} \\ \begin{matrix} {{E}_{Y}} \\ {{E}_{Z}} \\ \end{matrix} \\ \end{matrix} \right]=\left[ \begin{matrix} \Omega {{\psi }_{Q}}\left( {{t}_{1-}} \right)-{{\varepsilon }_{X}} \\ \begin{matrix} {{\varepsilon }_{Y}} \\ {{\varepsilon }_{Z}} \\ \end{matrix} \\ \end{matrix} \right]=C\left[ \begin{matrix} \Omega {{\psi }_{Q}}\left( {{t}_{1-}} \right)-{{\varepsilon }_{E}} \\ {{\varepsilon }_{P}} \\ {{\varepsilon }_{Q}} \\ \end{matrix} \right]$ |
式中:${{C}} = \left[{\begin{array}{*{20}{c}} 1 & 0 & 0\\ 0 & {\cos \varphi } & {-\sin \varphi }\\ 0 & {\sin \varphi } & {\cos \varphi } \end{array}} \right]$,为 OXYZ 坐标系到 OEPQ 坐标系的变换矩阵。
取加权系数[10]:
$\omega =\frac{\left[ 2{{a}_{1}}\cos {{a}_{1}}\left( \cos {{a}_{2}}-1 \right)+{{a}_{2}}\left( 1-\cos {{a}_{1}}-\cos {{a}_{2}}+\cos \left( {{a}_{1}}-{{a}_{2}} \right) \right) \right]\tan \varphi }{{{a}_{2}}\left[ \sin {{a}_{1}}+\sin {{a}_{2}}-\sin \left( {{a}_{1}}+{{a}_{2}} \right) \right]}\text{,}$ |
将式(13)中第一式第二列乘以加权系数 ω,与第一列相加[11],得
${{E}} = \Omega {{C}}{{{F}}^{-1}}\left( {\left[{\begin{array}{*{20}{c}} {\delta \varphi \left( {{t_{2-}}} \right) + \omega \cdot \delta \lambda \left( {{t_{2-}}} \right)}\\ {\delta \varphi \left( {{t_{3-}}} \right)}\\ {\delta \lambda \left( {{t_{3-}}} \right)} \end{array}} \right] + {{x}}-{{y}}} \right)\text{。}$ | (14) |
式中:
$\begin{array}{l} F = \left[{\begin{array}{*{20}{c}} {-\sin {a_1} + \omega \left( {\cos {a_1}-1} \right)\tan \varphi }& {-\omega {a_1}}& {}\\ {-\cos {a_1}\sin {a_2}} & 0 & {}\\ {\cos {a_1}\left( {\cos {a_2}-1} \right)\tan \varphi }& {-{a_2}}& {} \end{array}} \right.\\ \left. {\begin{array}{*{20}{c}} {-\left( {1-\cos {a_1}} \right) + \omega \tan \varphi \sin {a_1}}\\ {\cos {a_2}-\sin {a_1}\sin {a_2}-1}\\ {\tan \varphi \left( {\sin {a_2}-\sin {a_1} + \sin {a_1}\cos {a_2}} \right)} \end{array}} \right], \end{array}$${{x}} = \left[{\begin{array}{*{20}{c}} {{\alpha _2}-\omega \cdot \sec \varphi \cdot {\beta _2}}\\ {{\alpha _3}}\\ {-\sec \varphi \cdot {\beta _3}} \end{array}} \right]$,${{y}} = {\left[{\begin{array}{*{20}{c}} {{y_1}} & {{y_2}} & {{y_3}} \end{array}} \right]^{\rm{T}}}$,
式中:αi 和 βi 分别为第 i 次重调时的平台东向、北向水平失调角。
其中:
${y_1} = \cos \left( {{a_1}} \right){\rho _1} + \omega \left[{\tan \left( \varphi \right)\sin \left( {{a_1}} \right){\rho _1} + {\chi _1}} \right]$,${y_2} = \cos \left( {{a_2}} \right){\rho _2}-\sin \left( {{a_1}} \right)\sin \left( {{a_2}} \right){\rho _1}$,${y_3} \!=\! \tan \left( \varphi \right)\sin \left( {{a_1}} \right)\left[{\cos \left( {{a_2}} \right) \!-\! 1} \right]{\rho _1}\! +\! \tan \left( \varphi \right)\sin \left( {{a_2}} \right){\rho _2} \!+\! {\chi _2}$,${\rho _i} = \Delta {\varphi _i} + {\alpha _i}$,${\chi _i} = \Delta {\lambda _i}-{\beta _i}\sec \varphi $。
2 三点校过程误差分析设 E' 为综合校正中广义陀螺漂移的计算值,则
${{E}}' = \Omega {{C}}{{{F}}^{-1}}\left[{\begin{array}{*{20}{c}} {\delta \varphi '\left( {{t_{2-}}} \right) + \omega \delta \lambda '\left( {{t_{2-}}} \right)}\\ {\delta \varphi '\left( {{t_{3-}}} \right)}\\ {\delta \lambda '\left( {{t_{3-}}} \right)} \end{array}} \right]\text{,}$ | (15) |
由式(14)和式(15),E 的常值误差为:
$\begin{aligned} & \Delta { E} = {{ E}^\prime }-{ E} = \\ &-\Omega { C}{{ F}^{-1}}\left( {\left[{\begin{array}{*{20}{c}} {\Delta \varphi \left( {{t_2}} \right) + \omega \cdot \Delta \lambda \left( {{t_2}} \right)}\\ {\Delta \varphi \left( {{t_3}} \right)}\\ {\Delta \lambda \left( {{t_3}} \right)} \end{array}} \right] + x-y} \right) = \\ &-\Omega { C}{{ F}^{-1}}\left( {{ J}\left[{\begin{array}{*{20}{c}} {{\rho _1}}\\ {{\rho _2}}\\ {{\rho _3}} \end{array}} \right] + { K}\left[{\begin{array}{*{20}{c}} {{\chi _1}}\\ {{\chi _2}}\\ {{\chi _3}} \end{array}} \right]} \right)\text{。} \end{aligned}$ | (16) |
式中:
${{J}} = \left[{\begin{array}{*{20}{c}} {-\cos {a_1}-\omega \tan \varphi \sin {a_1}} & 1 & 0\\ {\sin {a_1}\sin {a_2}} & {-\cos {a_2}} & 1\\ {-\tan \varphi \sin {a_1}\left( {\cos {a_2}-1} \right)} & {-\tan \varphi \sin {a_2}} & 0 \end{array}} \right]$;${{K}} = \left[{\begin{array}{*{20}{c}} {-\omega } & \omega & 0\\ 0 & 0 & 0\\ 0 & {-1} & 1 \end{array}} \right]$ |
由式(16)可得如下结论:
1) 重调时,外部测量误差和平台水平失调角均影响陀螺漂移的估计结果,产生误差,且二者与陀螺漂移估计误差呈线性关系;
2) 纬度误差 Δφ(t)和东向平台水平失调角 α(t)对陀螺漂移估计误差的贡献相同,同理,经度误差 Δλ(t)和 β(t)sec(φ)对陀螺漂移估计误差贡献也相同。
3) Δλ(t)或北向陀螺漂移有常值误差时,不会造成陀螺漂移的估计误差;
4) 引起陀螺漂移估计误差的因素不相同,EX 估计误差由 Δφ(t1),Δλ(t1),Δφ(t2),Δλ(t2),α1,β1,α2,β2 造成;Δφ(t1),Δφ(t3),α1 和 α3 产生 EY 的估计误差;EZ 的估计误差则由 Δφ(t1),Δλ(t3),α1,β3 造成。
设 2 次重调之间的时间间隔为 10 h,综合校正时的航行纬度为 30° N,则 a1 = a2 = 5π/6,ω = 0.457 5,GPS/GLONASS 组合接收机的精度为 16 m[12-13],即 |Δφ| = |Δλ| = 0.5″,惯性平台水平误差角的精度取 |α| = |β| = 10″[14],对式(16)求最值得:
$\begin{array}{l} \max \left( {\Delta E} \right) \!\!=\!\! {{abs}}\left( {\Omega C{F^{-1}}J} \right) \!\!\times \!\! \left[\!\!\!\!{\begin{array}{*{20}{c}} {\max \left( {\Delta \varphi \left( {{t_1}} \right) \!\!+\!\! {\alpha _1}} \right)}\\ {\max \left( {\Delta \varphi \left( {{t_2}} \right) \!\!+\!\! {\alpha _2}} \right)}\\ {\max \left( {\Delta \varphi \left( {{t_3}} \right) \!\!+\!\! {\alpha _3}} \right)} \end{array}} \!\!\!\!\right] + \\ {{abs}}\left( {\Omega C{F^{-1}}K} \right)\left[{\begin{array}{*{20}{c}} {\max \left( {\Delta \lambda \left( {{t_1}} \right)-\sec \left( \varphi \right){\beta _1}} \right)}\\ {\max \left( {\Delta \lambda \left( {{t_2}} \right)-\sec \left( \varphi \right){\beta _2}} \right)}\\ {\max \left( {\Delta \lambda \left( {{t_3}} \right)-\sec \left( \varphi \right){\beta _3}} \right)} \end{array}} \right] = \\ {{abs}}\left( {\Omega C{F^{-1}}J} \right) \cdot \left[{\begin{array}{*{20}{c}} {\max \left( {\Delta \varphi \left( {{t_1}} \right)} \right) + \max \left( {{\alpha _1}} \right)}\\ {\max \left( {\Delta \varphi \left( {{t_2}} \right)} \right) + \max \left( {{\alpha _2}} \right)}\\ {\max \left( {\Delta \varphi \left( {{t_3}} \right)} \right) + \max \left( {{\alpha _3}} \right)} \end{array}} \right] + \\ {{abs}}\left( {\Omega C{F^{-1}}K} \right)\left[\!\!\!\!{\begin{array}{*{20}{c}} {\max \left( {\Delta \lambda \left( {{t_1}} \right)} \right) \!\!+\!\! \sec \left( \varphi \right)\max \left( {{\beta _1}} \right)}\\ {\max \left( {\Delta \lambda \left( {{t_2}} \right)} \right) \!\!+\!\! \sec \left( \varphi \right)\max \left( {{\beta _2}} \right)}\\ {\max \left( {\Delta \lambda \left( {{t_3}} \right)} \right) \!\!+\!\! \sec \left( \varphi \right)\max \left( {{\beta _3}} \right)} \end{array}} \!\!\right] = \\ \left[{\begin{array}{*{20}{c}} {1.7}\\ {0.9}\\ {0.9} \end{array}} \right] \times {\rm{1}}{{\rm{0}}^{-3}}^{^ \circ } \cdot {{\rm{h}}^{-1}}\text{。} \end{array}$ | (17) |
式中 abs 为求绝对值函数。
由式(16)可知,在目前的外界测量信息及平台水平精度条件下,三点校中陀螺漂移估计误差的量级为 0.001°·h-1;由于东向、北向平台水平失调角分别和经纬度误差造成的估计误差相同,因此陀螺漂移的估计误差主要由量级较高的平台水平失调角引起。
3 仿真与分析仿真环境为 Matlab7.0,采用文献[15]中介绍的平台式惯导系统仿真方法,对三点校过程进行仿真。仿真步长 40 s,时间 36 h。
仿真方法:令陀螺常值漂移、加速度计误差和惯导系统初始误差均为 0,在重调时刻添加外界测量信息误差,即陀螺漂移值仅为外界测量信息误差引起。
设定仿真条件为:潜艇航行纬度 30° N,初始速度 V = 2 m/s,航向 H0 = 90°。2 次重调的时间间隔为 10 h。设第 i 次重调时刻经纬度的量测误差分别为 Δλi 和 Δφi,在不同的量测误差下,仿真得到的陀螺漂移值和式(16)计算的理论值如表 1 所示。
由表 1 可见,理论公式和仿真计算的结果基本一致,验证了上述结论。当 Δφ1 = -Δφ2 = Δφ3 = 0.5,Δλ1 = -Δλ2 = Δλ3 = -0.5 时,得到仿真计算的陀螺漂移最大值 4.448°·h-1 × 10-5,与式(10)的计算结果比较可见:对“三点校”而言,随着量测设备精度的不断提高,量测误差引起的陀螺漂移估计误差很小甚至可忽略不计,故平台水平失调角是影响估计和校正精度的主要误差源。
4 结语论文以惯性导航系统三点校方法为研究对象,深入剖析了外界信息误差和惯导平台水平误差角对三点校正过程的影响。本文从理论上推导分析了陀螺漂移估计误差的影响公式,并采用计算机仿真对理论分析结果进行验证。验证结论充分说明,影响惯性导航系统三点校正的主要因素为平台水平失调角,对其进行补偿是提高校正精度的关键,研究结论可为进一步提高惯性导航系统导航精度提供理论参考。
[1] | 王光辉, 朱海, 莫军, 等. 一种基于天空光偏振特性的天文导航方式[J]. 中国航海, 2009, 32 (1):14–16. |
[2] | 于堃, 李琳, 刘为任, 等. 舰船惯性导航系统海上无阻尼状态的校准[J]. 中国惯性技术学报, 2008, 16 (6):637–642. |
[3] | SINOPOLI B, SCHENATO L, FRANCESCHEAI M, et al. Kalman filtering with intermittent observations[J]. IEEE Transactions on Automatic Control, 2004, 49 (9):1453–1464. DOI: 10.1109/TAC.2004.834121 |
[4] | 程建华, 郝燕玲, 孙枫, 等. 自动补偿技术在平台式惯导系统综合校正中的应用研究[J]. 哈尔滨工程大学学报, 2008, 29 (1):40–44. |
[5] | 关劲, 程建华, 吴磊, 等. 船用平台式惯导系统状态转换技术的应用[J]. 中国造船, 2008, 49 (2):75–80. |
[6] | 钱山, 李鹏奎, 张士峰, 等. MIMU/GPS组合导航建模及GPS时间延迟补偿算法研究[J]. 系统工程与电子技术, 2009, 31 (6):1432–1435. |
[7] | 张源, 许江宁, 卞鸿巍. GPS姿态测量系统对惯性导航系统误差修正能力分析[J]. 情报指挥控制系统与仿真技术, 2005, 27 (5):96–100. |
[8] | 韩璐, 景占荣, 段哲民. SINS/GPS组合导航系统仿真研究[J]. 计算机仿真, 2009, 26 (9):32–36. |
[9] | 杨艳娟, 卞鸿巍, 田蔚风, 等. 一种新的INS/GPS组合导航技术[J]. 中国惯性技术学报, 2004, 12 (2):23–26. |
[10] | 单丹萍. 基于COM组件的平台式惯导系统模拟器设计与实现[D]. 哈尔滨:哈尔滨工程大学, 2007:23-26. http://cn.bing.com/academic/profile?id=2de6df28bf3575cc6b0857f7e8c87fd9&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn |
[11] | 牛其虎. 平台式惯导系统模拟器的设计及实现[D]. 哈尔滨:哈尔滨工程大学, 2006:25-28. http://cn.bing.com/academic/profile?id=2de6df28bf3575cc6b0857f7e8c87fd9&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn |
[12] | 冯跃强, 王彬, 蔡伯根. GPS/GLONASS组合定位导航技术的测试[J]. 北京交通大学学报, 2005, 29 (2):91–93. |
[13] | 岳亚洲, 田宇, 张晓冬. 机载惯性/天文组合导航研究[J]. 光学与光电技术, 2008, 6 (2):1–5. |
[14] | 何炬. 国外天文导航技术发展综述[J]. 舰船科学技术, 2005, 27 (5):91–96. |
[15] | 方海斌. 平台式惯导系统仿真软件的设计[D]. 哈尔滨:哈尔滨工程大学, 2009:21-22. |