机载导弹的传递对准研究

论文摘要

利用标定好的机载主惯导的信息对弹载子惯导进行传递对准是载机发射导弹中的一项重要技术。它的精度与时间决定了导弹发射后的导航精度与发射导弹前的准备时间。本文的主要工作如下:1.概括介绍了传递对准定义,传递对准过程和以往传递对准的研究。介绍了传递对准建模时的各种坐标系,惯导的误差模型及初始对准。介绍了离散卡尔曼滤波方程,对连续系统的状态方程进行了离散化,并讨论了滤波的稳定性等相关技术。2.在分析杆臂效应原理的基础上,推导出杆臂效应误差公式。同时提出了一种杆臂效应误差补偿算法,并在此基础上采用卡尔曼滤波进行仿真验证。结果表明误差补偿方案实现起来简单、合理有效,具有较高的实用价值。3.研究了速度匹配,角速度匹配和姿态角变化量匹配三种传统的传递对准方法。设计了直线机动,摆翼—加速机动,S型机动和盘旋机动四种用于速度匹配传递对准过程的机动轨迹,选择了进入传递对准状态方程的变量,设计了卡尔曼滤波器,分别用四种机动方式的轨迹参数进行了仿真,并对结果作了分析;在机翼摆动的机动方式下对角速度匹配和姿态角变化量匹配进行仿真和结果分析。4.针对单一匹配方案的缺点,通过仿真对比研究了速度加角速率匹配,速度加姿态变化量匹配和比力加角速率匹配三种方法。5.介绍了PWCS(分段线形定常系统)可观测性分析理论和方法,针对速度匹配和速度加姿态匹配两种传递对准方法,利用奇异值分解(SVD)分析法定量的分析了捷联惯导系统在不同动基座对准时系统主要状态变量的可观测度,为对准时最佳机动方案的设计提供了理论依据,仿真结果证实了SVD分析法的正确性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 动基座初始对准的发展及传递对准研究现状
• 1.2.1 国内外传递对准技术研究
• 1.2.2 有待深入研究的问题和未来发展方向
• 1.3 本论文研究的主要内容
• 第2章 捷联惯性导航系统及初始对准技术
• 2.1 捷联惯性导航系统
• 2.1.1 惯导系统常用坐标系和符号说明
• 2.1.2 惯导系统坐标变换
• 2.1.3 捷联惯导系统工作原理
• 2.1.4 惯导系统的基本方程—比力方程
• 2.1.5 捷联惯导系统的误差方程
• 2.1.6 采用四元数进行姿态更新计算
• 2.2 捷联惯导系统初始对准
• 2.3 捷联惯导系统传递对准
• 2.3.1 捷联惯导系统传递对准的特点
• 2.3.2 捷联惯导系统传递对准的基本原理
• 2.3.3 杆臂效应误差方程及误差的补偿
• 2.3.4 机体挠曲变形
• 2.3.5 加速度计和陀螺仪的误差模型
• 2.3.6 传递对准仿真程序的设计
• 2.4 卡尔曼滤波技术
• 2.4.1 离散型卡尔曼滤波基本方程
• 2.4.2 一步转移阵和等效离散系统噪声方差阵的计算
• 2.4.3 滤波器的稳定性问题
• 2.4.4 滤波器的计算量问题
• 2.5 本章小结
• 第3章 捷联惯导系统传递对准几种匹配方法
• 3.1 速度匹配法
• 3.1.1 速度匹配法原理
• 3.1.2 速度匹配的卡尔曼滤波器设计
• 3.1.3 速度匹配传递对准仿真
• 3.2 角速率匹配法
• 3.2.1 角速率匹配法原理
• 3.2.2 角速率匹配的卡尔曼滤波器设计
• 3.2.3 角速率匹配传递对准仿真
• 3.3 姿态变化量匹配法
• 3.3.1 姿态变化量匹配法原理
• 3.3.2 姿态角变化量匹配的卡尔曼滤波器设计
• 3.3.3 姿态角变化量匹配传递对准仿真
• 3.4 速度加角速率匹配法
• 3.4.1 速度加角速率匹配的卡尔曼滤波器设计
• 3.4.2 速度加角速率匹配传递对准仿真
• 3.5 速度加姿态变化量匹配法
• 3.5.1 速度加姿态变化量匹配的卡尔曼滤波器设计
• 3.5.2 速度加姿态变化量匹配传递对准仿真
• 3.6 比力加角速率匹配法
• 3.6.1 比力加角速率匹配的卡尔曼滤波器设计
• 3.6.2 比力加角速率匹配传递对准仿真
• 3.7 本章小结
• 第4章 PWCS可观测性与可观测度分析
• 4.1 PWCS的可观测性矩阵
• 4.1.1 PWCS的可观测性矩阵
• 4.1.2 PWCS的提取可观测性矩阵
• 4.2 系统状态变量可观测度分析的奇异值法
• 4.2.1 奇异值分解的有关理论
• 4.2.2 基于奇异值分解理论的系统可观测性分析
• 4.2.3 可观测度的定义
• 4.3 捷联惯导系统动基座传递对准状态变量的可观测度分析
• 4.3.1 传递对准的降阶滤波器
• 4.3.2 速度匹配两种机动方式状态可观测度分析
• 4.3.3 速度加姿态匹配两种机动方式状态可观测度分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢