弹载捷联惯导系统圆锥误差和尺寸效应误差研究

发布时间：2020-04-02 18:20

【摘要】：精确制导炮弹凭借精度高、成本低、对点目标攻击能力强的优点成为现代战争中最重要的作战武器之一。随着微机电系统(MEMS,Micro Electronic Mechanic System)技术的迅猛发展,由MEMS惯性器件构成的微惯性导航系统(MINS,Micro Inertial Navigation System)凭借体积小、精度高、成本低廉的优势在武器制导系统中得到越来越广泛的应用。因此,发展基于MINS的精确制导炮弹可实现常规火炮武器系统作战性能的提高。针对制导炮弹用捷联惯导系统高旋、高动态的工作背景,本文研究了弹载捷联惯导系统的圆锥误差和尺寸效应误差,主要内容为:1.介绍炮弹常用坐标系及其之间的转换,推导惯导姿态、导航解算算法和惯导误差方程,介绍数据融合技术。2.建立尺寸效应误差模型,分析误差影响。提出基于利用速度误差观测标定尺寸效应误差的方法,并通过仿真分析了影响标定精度的因素。通过编制MIMU标定时特殊位置,提出一种解析标定法。由误差模型,推导尺寸效应补偿算法。并最终利用转台完成标定实验。3.研究捷联惯导系统圆锥误差的产生机理,推导基于角速率输入的旋转矢量算法并在标准圆锥运动条件下对其优化化。提出了两种改进的旋转矢量优化算法并仿真验证算法效果。4.推导弹道仿真数据生成过程,在弹道环境下完成推导的旋转矢量算法的数值仿真。
【图文】：

制导炮弹

随着美国的全球卫星定位系统（ＧＰＳ）以及首的西方国家着重研究将卫星导航、惯性导航成功的研制了多款ＩＮＳ／ＧＰＳ复合制导方式的著名［１６］。“神剑”制导炮弹系统内部包含弹载惯至弹道最高点时展开鸭式翼，由ＧＰＳ／ＩＮＳ导航系上空进行垂直打击。ＸＭ９８２弹长１米，弹径１５５，制导精度圆概率误差在１０？２０米［１７］。在ＧＰＳ彼此可以优势互补取长补短。ＧＰＳ接收机可以时而准确的数值并进行补偿，提高制导精度。ＩＮ给ＧＰＳ接收机跟踪回路，从而减少其采集ＧＰＳ机的抗干扰能力和动态特征。如果ＧＰＳ接收机立工作，并且提供的位置和速度值能够帮助ＧＰ。该制导技术不受天气及射程的影响，具备实现的优势。逡逑

示意图,卡尔曼滤波,方式,示意图

２．３．２按照滤波器估计参数的不同，，卡尔曼滤波可分为直接滤波和间接滤波。直接滤波用逡逑于估计导航参数本身（如惯导系统输出的经度、纬度、对地速度Ｇ、、匕等），卡尔逡逑曼滤波器接收惯导和其他导航设备的导航参数，然后进行计算，直接估计出导航参数的逡逑最优值；而间接滤波则以惯导系统与其他导航设备各自输出的导航参数误差输入滤波器，逡逑卡尔曼滤波实现对导航参数误差量的最优估计值。由于直接滤波的状态方程都是非线性逡逑的，必须采用非线性滤波，直接法包含了导航参数的绝对量和计算相应轴向的量测值，逡逑这些参数变化速率大，且参数之间的数量级极有可能相差较大，给计算造成很多困难，逡逑最终可能导致滤波发散。而间接法的状态方程是线性的，且导航参数误差值为输入，降逡逑低了量测值的采样周期和滤波计算周期，因此实际工程应用中主要还是采取间接滤波，逡逑本文也将选择间接滤波方法。逡逑经过间接法卡尔曼滤波计算，估计出惯导系统的误差量后，有两种处理方式，输出逡逑校正和反馈校正。输出校正只利用估计的误差量用作惯导输出的校正量，而反馈校正方逡逑式则会利用估计出的误差量反馈到惯导系统内部，对误差进行校正。由于校正方式的不逡逑同，输出校正方式可以对传感器误差进行估计，因而常用于初始对准或传感器标定等过逡逑程中，而反馈校正则常用于导航过程。逡逑
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TJ413.6

【参考文献】