前言
為提高地面車輛導(dǎo)航定位精度，在系統(tǒng)中加入了捷聯(lián)慣導(dǎo)設(shè)備，為車輛定位定向提供了基準(zhǔn)。盡管車輛姿態(tài)會由于行駛過程中產(chǎn)生的巨大振動而產(chǎn)生變化，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)也可以敏感出姿態(tài)變化量，反饋給控制系統(tǒng)自動完歸位。地面車輛的另一個優(yōu)勢就是出眾的機動，這使得車輛可以實現(xiàn)“打了就走，邊走邊打”，大大提高了其戰(zhàn)場生存能力。而慣導(dǎo)航系統(tǒng)大大縮短火炮的射擊準(zhǔn)備時間一步提高了自行火炮的作戰(zhàn)效率。本書以某型自行火炮炮載光纖陀螺定位定向系統(tǒng)和載慣導(dǎo)為研究對象，為提高定位精度、改善裝備作戰(zhàn)能，分別針對幾種不同導(dǎo)航方行了研究，并提出了相應(yīng)的解決方案。全書共分為6章。第1章，定位定向系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)概述，主要介紹慣技術(shù)、陸用定位定向系統(tǒng)、初始對準(zhǔn)、自航以及衛(wèi)星輔助導(dǎo)航等方。第2章，定位定向系統(tǒng)誤差分析，主要介紹研究對象及所選坐標(biāo)系、捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差模型、誤差傳播特分析、航位推算誤差模型以及晃動對慣組量測的影響分析。第3章，基于晃動補償方法的導(dǎo)航方法研究，主要介紹常用初始對準(zhǔn)方法、基于晃動補償?shù)淖院匠跏紝?zhǔn)、基于晃動補償?shù)牧闼傩拚椒ㄒ约袄锍逃嬚`差補償。第4章，基于衛(wèi)星信息輔助的導(dǎo)航方法研究，主要介紹衛(wèi)星輔助條件下的大失準(zhǔn)角初始對準(zhǔn)方法、基于非線觀測器的參數(shù)估計方法以及衛(wèi)星輔助導(dǎo)航誤差補償方法。第5章，基于快速正交搜索和卡爾曼濾波的導(dǎo)航方法研究，主要介紹快速正交搜索算法、FOS/KF在大失準(zhǔn)角初始對準(zhǔn)中的應(yīng)用以及FOS/KF在導(dǎo)航過程中應(yīng)用。第6章，主子慣導(dǎo)誤差標(biāo)定，主要介紹橫滾運動對系統(tǒng)可觀測的影響及主子慣導(dǎo)在線標(biāo)定機動方式設(shè)計。本書由楊玉良、王志偉、吳大林、秦俊奇、狄長春和崔凱波合作撰寫。第1章由吳大林、崔凱波撰寫，第2章由楊玉良撰寫，第3章由秦俊奇撰寫，第4章由狄長春撰寫，第5、6章由王志偉撰寫。全書由楊玉良統(tǒng)稿。本書在編寫過程中，得到了陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)石志勇教授、陳永才副教授的大力支持和幫助，在校對、排版及繪圖過程中，何健博士、方宇碩士、周默涵碩士做了大量的工作，同時本書還引用了許多專家學(xué)者的論文和著作，謹(jǐn)在此表示誠摯的感謝。限于作者學(xué)識，書中難免存在不足之處，懇請廣大讀者批評指正。
作者
2020年6月
目錄
第1章 定位定向系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)概述
1.1慣技術(shù)
1.2陸用定位定向系統(tǒng)
1.3初始對準(zhǔn)
1.4自航
1.5衛(wèi)星輔助導(dǎo)航
1.6在我標(biāo)定
1.7旋轉(zhuǎn)調(diào)制
1.8參數(shù)估計
第2童定位定向系統(tǒng)誤美分析
2.1研究對象及所選坐標(biāo)系
2.2捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差模型
2.2.1慣傳感器測量誤差
2.2.2系統(tǒng)誤差方程
2.2.3系統(tǒng)非線誤差模型
2.3誤差傳播特分析
2.3.1陀螺常值源移傳播特
2.3.2加速度計零偏傳播特
2.3.3初始誤差傳播特
2.3.4初始對準(zhǔn)過程中的誤差傳播特
2.4航位推算誤差模型
2.5晃動對慣組量測的影響分析
2.5.1Allan方差分析
2.5.2.靜基座慣組輸出特分析
2.5.3.角晃動對量測的影麗
2.5.4線振動對量測的影響
2.5.5外部干擾特分析
第3章 基于晃動補償方法的導(dǎo)航方法研究
3.1常用初始對準(zhǔn)方法
3.1.1粗對準(zhǔn)
3.1.2精對加
3.2基于晃動補償?shù)淖院匠跏紝?zhǔn)
3.2.1基座晃動補償方法
3.2.2.基于見動補償方法的粗對準(zhǔn)
3.2.3基于晃動補償方法的精對準(zhǔn)
3.2.4試驗驗證
3.3基于晃動補償?shù)牧闼傩拚椒?/span>
3.3.1傳統(tǒng)零速修正方法
3.3.2動態(tài)零速修正方法
3.3.3量測的準(zhǔn)動態(tài)零建修正
3.3.4仿真對比
3.3.5試臉驗證
3.4里程計誤差補償
3.4.1里程計桿臂誤差補償
3.4.2仿真對比
3.4.3加速度計輔助的里程計量測誤差補償
3.4.4 試驗?zāi)樧C
第4章基于衛(wèi)星信息輔助的導(dǎo)航方法研究
4.1衛(wèi)星輔助條件下的大失準(zhǔn)角初始對準(zhǔn)方法
4.1.1典型的大失準(zhǔn)角動基座初始對準(zhǔn)方法的缺陷
4.1.2.的大失灌角條件下的動基座對準(zhǔn)方法
4.1.3試驗驗證
4.2基于非線觀測器的參數(shù)估計方法
4.2.1非線觀測器設(shè)計
4.2.2仿真對比
4.2.3試驗驗證
4.3衛(wèi)星輔助導(dǎo)航誤差補償方法
4.3.1初始粗量測過程
4.3.2估計過程
4.3.3.試驗驗證
第5章基于快速正交搜索和卡爾曼濾波的
導(dǎo)航方法研究
5.1快速正交搜索算法
5.L.1系統(tǒng)模型建立
5.1.2詳細(xì)搜索過程
5.2 FOS/KF在大失準(zhǔn)角初始對準(zhǔn)中的應(yīng)用
5.2.1大方位失準(zhǔn)角誤差分析
5.2.2 FOS/KF在初始對準(zhǔn)中的應(yīng)用
5.2.3仿真對比
5.2.4試驗驗證
5.3FOS/KF在導(dǎo)航過程中的應(yīng)用
5.3.1系統(tǒng)非線誤美模型
5.3.2 FOS/KF在導(dǎo)航定位中的應(yīng)用
5.3.3 試驗驗證
第6章 主子慣導(dǎo)誤差標(biāo)定
6.1橫滾運動對系統(tǒng)可觀測的影響
6.1.1可觀測及常用分析方法
6.1.2基于PWCS和初等變換的可觀測分析方法
6.1.3仿真分析
6.2主子慣導(dǎo)在線標(biāo)定機動方式設(shè)計
6.2.1誤差標(biāo)定常用方法
6.2.2主子慣導(dǎo)簡易標(biāo)定方法
6.2.3角運動參數(shù)的選擇
6.2.4主子慣導(dǎo)標(biāo)定方法
6.2.5仿真試驗
參考文獻(xiàn)
第1章定位定向系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)概述
1.1慣技術(shù)
20年以來，慣導(dǎo)航技術(shù)得到了長足的發(fā)展，被應(yīng)用到各個領(lǐng)域中，成為最重要的導(dǎo)航方式之一。其主要經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展階段。（1）20世紀(jì)30年代之前。1923年休拉發(fā)表的論文《運載工具的加速度對于擺和陀螺儀的干擾》以牛頓三大定律為基礎(chǔ)，詳細(xì)闡述了休拉擺的原理。該論文為慣導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。（2）20世紀(jì)40年代以后。1940年以后，慣導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）開始在裝備上實際應(yīng)用，代表的是德國的V-Ⅱ火箭。1950年，麻省理工學(xué)院研制出了單自由度的液浮陀螺，并且達(dá)到了較高的精度，這臺慣導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)60年代，隨著液浮陀螺技術(shù)的成熟臺慣導(dǎo)航系統(tǒng)被大量應(yīng)用到民航飛機上。與此同時，美國開始了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)（SINS）的探索，首先應(yīng)用捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的是“阿波羅”宇宙飛船。（3）20世紀(jì)70年代。1973年美國霍尼韋爾公司、羅克韋爾公司研制出了靜電陀螺，經(jīng)過不斷，靜電陀螺的精度可以達(dá)到10-40/h，在失重條件下其精度更是能達(dá)到10-9~10-11o/h，由于靜電陀螺優(yōu)異的能，此時美國多種型號的戰(zhàn)略導(dǎo)彈、戰(zhàn)略轟炸機上都采用靜電陀螺。與靜電陀螺同時出現(xiàn)的還有氣浮陀螺和磁懸浮陀螺，但是由于受到當(dāng)時制造工藝的限制，精度不如靜電陀螺，所以沒有得一步的推廣和應(yīng)用。（4）光纖陀螺和激光陀螺的出現(xiàn)。光學(xué)陀螺的出現(xiàn)將慣導(dǎo)航技術(shù)帶到了的新高度，是慣領(lǐng)域的大變革。光學(xué)陀螺的工作原理與機械陀螺有著本質(zhì)的區(qū)別，可以達(dá)到更高的精度和可靠，并且可以應(yīng)用到更多的領(lǐng)域中。由于光學(xué)陀螺的出現(xiàn)大大提高了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的精度，再加上體積小、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在逐漸取臺慣導(dǎo)航系統(tǒng)。代表的就是美軍，1984年之前美軍所有武器裝備均采臺慣導(dǎo)航系統(tǒng)，而1994臺慣導(dǎo)航系統(tǒng)的使用率僅為10%，其余均為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)。十年間捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)幾乎替代臺慣導(dǎo)航系統(tǒng)，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)已然成為慣導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展方向。（5)21世紀(jì)以來，微機電系統(tǒng)(MEMS）的出現(xiàn)給慣導(dǎo)航領(lǐng)域注人了新鮮的血液，利用MEMS技術(shù)生產(chǎn)出來的慣器件不僅體積小，而且造價低廉，在軍用和民用領(lǐng)域都有很多應(yīng)用。
1.2陸用定位定向系統(tǒng)
陸用慣導(dǎo)航系統(tǒng)由陸用陀螺羅盤發(fā)展而來。陀螺羅盤首先被應(yīng)用于航海，由于地面武器系統(tǒng)的需要，美國工程兵測繪研究院于20世紀(jì)60年代研制出首臺陸用定位定向系統(tǒng)(PADS)，其定位精度可以達(dá)到20m，零速修正的時間間隔為10min。80年代初期美軍對該系行了更新?lián)Q代，將原有的“A-200D”型加速度計更換為更高精度的“A-1000”型加速度計。另外，為了實時地估計補償陀螺常值漂移和加速度計零偏，在其參數(shù)估計過程中采用了14維的Kalman濾波器。隨著美軍對慣導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷升級更新，歐洲各國也相繼開展了陸用定位定向系統(tǒng)的研發(fā)，如英國Ferranti公司推出的FILS系列、法國Sagem公司推出的ULISS30系列等。同一時期，Honeywell利用GG-1342型激光陀螺研發(fā)出了首臺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)，該型捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)不僅具有較高的可靠，而且相比同精度臺慣導(dǎo)航系統(tǒng)，其成本僅為三分之一。捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)被應(yīng)用到的陸用武器裝備為美軍的榴彈炮，自此之后捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到美國陸軍。隨后北約和歐盟又紛紛研制出更新型號的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)，并應(yīng)用到自行火炮、戰(zhàn)地偵察車、步兵戰(zhàn)車、火箭炮等武器系統(tǒng)上。表1-1為國外陸用定位定向系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)品和應(yīng)用領(lǐng)域。
……
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