基于北斗差分定位的炮載慣導(dǎo)外場(chǎng)標(biāo)定

王志偉，秦俊奇，狄長(zhǎng)春，石志勇，王風(fēng)杰

（1. 軍械工程學(xué)院，石家莊 050003；2. 陜西華陰63870部隊(duì)，華陰 714200）

基于北斗差分定位的炮載慣導(dǎo)外場(chǎng)標(biāo)定

王志偉1，秦俊奇1，狄長(zhǎng)春1，石志勇1，王風(fēng)杰2

（1. 軍械工程學(xué)院，石家莊 050003；2. 陜西華陰63870部隊(duì)，華陰 714200）

針對(duì)炮載慣導(dǎo)設(shè)備在外場(chǎng)標(biāo)定過(guò)程中依賴(lài)固定基準(zhǔn)點(diǎn)的問(wèn)題，提出了一種基于衛(wèi)星差分定位的誤差標(biāo)定新方法。該方法將北斗天線(xiàn)的安裝誤差、慣性器件的失準(zhǔn)角以及安裝誤差等角度誤差統(tǒng)一歸為非對(duì)準(zhǔn)誤差。首先利用北斗測(cè)姿技術(shù)提供姿態(tài)基準(zhǔn)，粗標(biāo)出上述誤差；精標(biāo)階段采用衛(wèi)星差分技術(shù)來(lái)提供高精度位置信息，完成誤差角的精確標(biāo)定。多組標(biāo)定結(jié)果與傳統(tǒng)工廠(chǎng)標(biāo)定方法結(jié)果相差均在0.3 mil以?xún)?nèi)，達(dá)到了較高的精度。該方法不僅回避了對(duì)固定基準(zhǔn)點(diǎn)的依賴(lài)，而且避免了濾波帶來(lái)的繁瑣過(guò)程，即能保證長(zhǎng)時(shí)導(dǎo)航的精度，又提高了標(biāo)定的實(shí)時(shí)性。

北斗二代；差分定位；衛(wèi)星測(cè)姿；捷聯(lián)慣導(dǎo)；安裝誤差角

對(duì)于捷聯(lián)慣導(dǎo)設(shè)備而言，慣性器件存在逐次啟動(dòng)零偏重復(fù)性誤差、漂移誤差等問(wèn)題，在使用一段時(shí)間后零位誤差會(huì)發(fā)生較大變化，同時(shí)安裝誤差也會(huì)發(fā)生變化，為確保捷聯(lián)慣導(dǎo)設(shè)備的良好性能，需對(duì)其重新進(jìn)行標(biāo)定[1]。但是實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定需頻繁拆卸捷聯(lián)慣導(dǎo)設(shè)備，帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和工程實(shí)用性問(wèn)題[2-3]。因此捷聯(lián)式慣導(dǎo)裝備的外場(chǎng)自標(biāo)定是亟需解決的問(wèn)題。

現(xiàn)階段，裝備出廠(chǎng)前的標(biāo)定是利用基準(zhǔn)點(diǎn)和已知高精度外部信息來(lái)進(jìn)行的。不足之處是，每次標(biāo)定都需要以固定的基準(zhǔn)點(diǎn)為參考，然而不是每個(gè)使用單位都有基準(zhǔn)點(diǎn)，這就使得炮車(chē)出廠(chǎng)后在部隊(duì)條件下無(wú)法進(jìn)行外場(chǎng)自標(biāo)定，更不可能在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下對(duì)炮載慣導(dǎo)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。另外，大部分現(xiàn)役自行火炮所搭載的慣導(dǎo)系統(tǒng)沒(méi)有公開(kāi)的接口來(lái)采集慣導(dǎo)原始數(shù)據(jù)，只有火控計(jì)算機(jī)以50 Hz頻率輸出姿態(tài)和位置信息[4]。

文獻(xiàn)[5]提出了九位置系統(tǒng)級(jí)標(biāo)定方案，標(biāo)定出了除陀螺標(biāo)度因數(shù)外的15個(gè)主要參數(shù)，該方法需要精確地轉(zhuǎn)位，不適合在戰(zhàn)場(chǎng)條件下使用；Akcayir Y指出在利用轉(zhuǎn)位標(biāo)定誤差時(shí)，角位置的個(gè)數(shù)取決于慣組誤差模型中的未知參數(shù)的個(gè)數(shù)[6]；文獻(xiàn)[7]利用經(jīng)緯儀進(jìn)行了慣組和炮管之間安裝誤差的標(biāo)定，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提方法的有效性。

但是以上各個(gè)方法中都需要獲取慣導(dǎo)系統(tǒng)的陀螺和加速度計(jì)原始信號(hào)，勢(shì)必要重復(fù)設(shè)計(jì)導(dǎo)航算法和修正程序，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，最重要的是原始信號(hào)根本無(wú)法獲取，無(wú)法實(shí)現(xiàn)[4]。另外，利用卡爾曼濾波方式與捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合的方式存在如下幾個(gè)問(wèn)題[8-9]：首先，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差模型不準(zhǔn)確，將導(dǎo)致卡爾曼濾波參數(shù)估計(jì)出現(xiàn)較大偏差；其次，標(biāo)定場(chǎng)地限制，需要較為平直的道路，同時(shí)對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)過(guò)分依賴(lài)，使得標(biāo)定地點(diǎn)受到極大的限制；最后，里程計(jì)信息、衛(wèi)星信息可能會(huì)出現(xiàn)野值，另外衛(wèi)星信息獲取存在較大的限制，卡爾曼濾波器的觀(guān)測(cè)值的真實(shí)性與有效性不能保證。

考慮到光纖陀螺標(biāo)度因數(shù)非常穩(wěn)定，而且光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)外場(chǎng)自標(biāo)定具有其自身的特點(diǎn)[10]，本文不考慮器件誤差，所以靜基座初始對(duì)準(zhǔn)或調(diào)平結(jié)束時(shí)的水平姿態(tài)誤差是捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的主要誤差，然后利用衛(wèi)星測(cè)向技術(shù)提供定向基準(zhǔn)，全方向多個(gè)角度進(jìn)行短時(shí)間數(shù)據(jù)采集，粗標(biāo)出系統(tǒng)誤差。精標(biāo)階段采用衛(wèi)星差分技術(shù)提供高精度位置信息，將北斗天線(xiàn)的安裝誤差、失準(zhǔn)角以及慣性器件安裝誤差等統(tǒng)一歸類(lèi)為非對(duì)準(zhǔn)誤差，并完成對(duì)其的標(biāo)定，從而保證捷聯(lián)式慣導(dǎo)裝備后期的長(zhǎng)航時(shí)導(dǎo)航精度。

1 初始粗量測(cè)

1.1 衛(wèi)星測(cè)姿原理

在粗標(biāo)慣導(dǎo)系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差的過(guò)程中，需要建立一個(gè)相對(duì)精確地基準(zhǔn)，為了滿(mǎn)足外場(chǎng)條件，這里利用兩個(gè)固聯(lián)在載體上的北斗天線(xiàn)進(jìn)行測(cè)向，提供姿態(tài)標(biāo)定的基準(zhǔn)。兩個(gè)北斗天線(xiàn)構(gòu)成二維基線(xiàn)向量，反映了載體的二維姿態(tài)（偏航和俯仰）。以載波相位測(cè)量值為觀(guān)測(cè)對(duì)象，利用不同接收機(jī)、不同衛(wèi)星、不同歷元之間的載波相位差值，精確求解基線(xiàn)向量在東北天坐標(biāo)系中的坐標(biāo)關(guān)系，從而精確地確定載體的偏航角和俯仰角[11]。具體過(guò)程在這里不再贅述。

1.2 初始粗量測(cè)過(guò)程

在進(jìn)行精標(biāo)之前，首先要對(duì)粗大誤差進(jìn)行粗量測(cè)，以便提高精確標(biāo)定的精度。在本文中，粗量測(cè)的對(duì)象是衛(wèi)星測(cè)姿系統(tǒng)與慣導(dǎo)坐標(biāo)系之間的角度差，也就是北斗測(cè)姿系統(tǒng)和慣性器件之間的安裝誤差。

從幾何的角度來(lái)看，正交矩陣作用是將補(bǔ)償后捷聯(lián)式慣導(dǎo)三軸矢量相對(duì)于載體坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度，此時(shí)相當(dāng)于引入了一種兩坐標(biāo)系之間的初始誤差角。坐標(biāo)系之間的非對(duì)準(zhǔn)示意圖如圖1所示。

圖1 坐標(biāo)系非對(duì)準(zhǔn)示意圖Fig.1 Schematic of non-aligned coordinate systems

圖1中，坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程為：

b為載體坐標(biāo)系，s為衛(wèi)星測(cè)姿系統(tǒng)坐標(biāo)系，設(shè)三次轉(zhuǎn)動(dòng)的變換矩陣分別為Cβ1、Cβ2、Cβ3，則坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：

式中，

假設(shè)OXbYbZb表示載體坐標(biāo)系，OXsYsZs表示補(bǔ)償后捷聯(lián)式慣導(dǎo)三軸矢量所確定的坐標(biāo)系，β1、 β2、β3為初始誤差角，假設(shè)衛(wèi)星測(cè)姿輸出為Hs，捷聯(lián)式慣導(dǎo)三軸矢量為Hb，則兩者的關(guān)系可表示為：

式中，

若能確定出β1、β2、β3，便可將補(bǔ)償后捷聯(lián)式慣導(dǎo)三軸矢量重新恢復(fù)到載體坐標(biāo)系中。而由式(2)可知，可由衛(wèi)星輸出Hs和慣導(dǎo)輸出Hb確定出正交矩陣Q，進(jìn)而確定出β1、β2、β3。

2 精確標(biāo)定

經(jīng)過(guò)粗劣量測(cè)，粗大誤差已被補(bǔ)償，精確估計(jì)的目的就是為了消除微小誤差，包括對(duì)準(zhǔn)后遺留的非對(duì)準(zhǔn)角，粗劣估計(jì)遺留的誤差角，以及有慣性器件自身誤差造成的量測(cè)偏差等。本節(jié)利用衛(wèi)星差分定位出載體的真實(shí)位置，輔助完成上述精確估計(jì)過(guò)程。

2.1 衛(wèi)星差分定位原理

實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星常規(guī)差分的基礎(chǔ)是至少具備一臺(tái)基準(zhǔn)站接收機(jī)和一臺(tái)移動(dòng)站接收機(jī)。如圖2所示，基準(zhǔn)站與移動(dòng)站同時(shí)進(jìn)行單點(diǎn)定位，接收各自的定位數(shù)據(jù)，而基準(zhǔn)站的位置坐標(biāo)是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間衛(wèi)星解算得到的（認(rèn)為是真實(shí)的）。當(dāng)開(kāi)始工作時(shí)，基準(zhǔn)站接收到衛(wèi)星的測(cè)量值后與真值進(jìn)行數(shù)據(jù)解算，輸出位置改正數(shù)。

圖2 GNSS差分原理Fig.2 Differential principle of GNSS

2.2 精確估計(jì)過(guò)程

文獻(xiàn)[12]對(duì)航位推算產(chǎn)生的誤差進(jìn)行了分析，并推導(dǎo)了誤差方程。下面提出對(duì)非對(duì)準(zhǔn)誤差角進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?，將安裝誤差角歸類(lèi)到捷聯(lián)式慣導(dǎo)的非對(duì)準(zhǔn)誤差角中，通過(guò)外部信息進(jìn)行修正和補(bǔ)償，來(lái)減小航位推算的誤差，同時(shí)對(duì)陀螺的漂移進(jìn)行大致的估計(jì)。

1）誤差角補(bǔ)償

設(shè)在ti-1時(shí)刻衛(wèi)星測(cè)姿定向系統(tǒng)的速度輸出在導(dǎo)航坐標(biāo)系上的投影矢量形式為

式中，δKi-1為衛(wèi)星量測(cè)標(biāo)度因數(shù)誤差，由式(3)可得，在一小段時(shí)間Δt內(nèi)航位推算實(shí)際公式：

可得航位推算位移誤差方程：

設(shè)

分析上式可得，當(dāng)αi-1×、δKi-1不全為零時(shí)，矩陣C滿(mǎn)秩，所以當(dāng)位移誤差 δΔS為零時(shí)，ΔS必為零，即東、北、天向速度矢量和為零，載體回到起始點(diǎn)。

假設(shè)標(biāo)度因數(shù)δK和剩余非對(duì)準(zhǔn)角矩陣α×不變，忽略高階小量，則 ti時(shí)刻累計(jì)位移誤差方程為

將其在OEN坐標(biāo)系下投影，見(jiàn)圖3，從式(7)可以看出，位移誤差與行駛的方向無(wú)關(guān)，只與當(dāng)前點(diǎn)各個(gè)方向上的位移有關(guān)。從而若已知載體實(shí)際位置坐標(biāo)，則可由航位推算位置和實(shí)際位置得出剩余非對(duì)準(zhǔn)角α。由于載體的航向誤差為主要姿態(tài)誤差[11]，所以這里僅對(duì) αU進(jìn)行求解。由起始點(diǎn)與實(shí)際位置點(diǎn)間的矢量ΔS和起始點(diǎn)與航位推算點(diǎn)的矢量 Δ，利用簡(jiǎn)單幾何關(guān)系，可求得初始誤差角 αU。

圖3 初始誤差角計(jì)算原理圖Fig.3 Calculation schematics of initial error angle

移項(xiàng)整理得：

2）標(biāo)度因數(shù)誤差補(bǔ)償

對(duì)于標(biāo)度因數(shù)，從式(9)可以看出，方程滿(mǎn)足疊加定理，故當(dāng)姿態(tài)誤差角矩陣×α為零時(shí)，得到標(biāo)度因數(shù)補(bǔ)償公式：

綜上所述，理想的補(bǔ)償方案就是，如果捷聯(lián)慣導(dǎo)初始對(duì)準(zhǔn)后誤差較大，在粗略量測(cè)后，首先利用衛(wèi)星差分定位技術(shù)測(cè)出當(dāng)前精確坐標(biāo)，行駛一段距離后，放慢車(chē)速，忽略慣性器件誤差的影響，進(jìn)行初始誤差角的補(bǔ)償，并對(duì)衛(wèi)星測(cè)姿定向系統(tǒng)標(biāo)度因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。同時(shí)可以不斷利用上述方法對(duì)系統(tǒng)的航向角及速度進(jìn)行修正和補(bǔ)償。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 靜態(tài)試驗(yàn)

2015年9月17日在山西太原247廠(chǎng)進(jìn)行了靜態(tài)試驗(yàn)，目的是驗(yàn)證衛(wèi)星測(cè)姿系統(tǒng)的精度。在做靜態(tài)實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先對(duì)炮載慣導(dǎo)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。對(duì)準(zhǔn)時(shí)從車(chē)載炮系統(tǒng)中可以讀出當(dāng)前坐標(biāo)X:4196968，Y:799。對(duì)準(zhǔn)結(jié)束后開(kāi)始第1步~第5步數(shù)據(jù)采集。在前5步數(shù)據(jù)采集中，盡量保證身管的射角為0°。每步采集數(shù)據(jù)都需要調(diào)炮90°。實(shí)驗(yàn)時(shí)，前5步數(shù)據(jù)中身管的方向與高低如表1所示。

每一步采集數(shù)據(jù)15 min，當(dāng)采集數(shù)據(jù)時(shí)間達(dá)到15 min后，停止對(duì)火控臺(tái)輸出數(shù)據(jù)的采集。改變身管的位置后，開(kāi)始下一步，重新采集數(shù)據(jù)。身管旋轉(zhuǎn)一周，分5步進(jìn)行，所以需要5步進(jìn)行采集數(shù)據(jù)。最后一步身管與車(chē)身相對(duì)位置回到起始時(shí)刻，采集一組數(shù)據(jù)。

將身管與車(chē)身的高度調(diào)為30°，重新進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，對(duì)準(zhǔn)結(jié)束后開(kāi)始重新標(biāo)定，步驟與前5步相同。身管與車(chē)身之間角度為30°時(shí)，身管的方向與高低如表2所示。

表1 角度為0°時(shí)身管與車(chē)身的相對(duì)位置Tab.1 Relative position between barrel and body at 0° barrel angle

表2 角度為30°時(shí)身管與車(chē)身的相對(duì)位置Tab.2 Relative position between barrel and body at 30° barrel angle

由于篇幅限制，這里只選取一組靜態(tài)數(shù)據(jù)（第二組）如圖4~5所示。

靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，從表1、表2的偏航數(shù)據(jù)中可看出，衛(wèi)星測(cè)姿系統(tǒng)的輸出始終比慣導(dǎo)輸出大 3~7 mil，顯而易見(jiàn)，這是由兩個(gè)北斗天線(xiàn)安裝的非同軸誤差，以及衛(wèi)星測(cè)姿系統(tǒng)量測(cè)誤差造成的。該誤差會(huì)導(dǎo)致姿態(tài)誤差的產(chǎn)生，所產(chǎn)生的姿態(tài)誤差會(huì)被當(dāng)作剩余非對(duì)準(zhǔn)角在精對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中進(jìn)行補(bǔ)償。為了確保不出現(xiàn)粗大誤差，在下一步動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中安排了兩次對(duì)準(zhǔn)。

圖4 偏航角實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)Fig.4 Real-time data of yaw angle

圖5 俯仰角實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)Fig.5 Real-time data of pitch angle

3.2 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

工廠(chǎng)在對(duì)將要出廠(chǎng)的炮車(chē)所搭載的慣導(dǎo)系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差、定位誤差、方向漂移以及尋北誤差進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，都需要固定的基準(zhǔn)點(diǎn)，按照特定的程序行駛到每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，通過(guò)已知高精度信息來(lái)進(jìn)行不同的誤差標(biāo)定。而通過(guò)固定標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)檢測(cè)方法對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的依賴(lài)程度太高，不具有普適性。這里采用高精度差分衛(wèi)星（基準(zhǔn)站+移動(dòng)站，定位精度≤1cm，輸出數(shù)據(jù)為北京54大地直角坐標(biāo)系格式）進(jìn)行，檢測(cè)時(shí)差分衛(wèi)星基準(zhǔn)站設(shè)立在某一固定標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)（由基準(zhǔn)站長(zhǎng)時(shí)定位得到），移動(dòng)站設(shè)置在盡可能靠近慣導(dǎo)的位置隨火炮行駛，每行駛超過(guò) 5 km 讀取一次慣導(dǎo)導(dǎo)航值、移動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航值以及衛(wèi)星測(cè)姿系統(tǒng)數(shù)據(jù)，移動(dòng)站和基準(zhǔn)站最大直線(xiàn)距離不超過(guò) 80 km。利用補(bǔ)償算法得出修正量，通過(guò)電臺(tái)反饋到車(chē)載慣導(dǎo)。

2015年12月9日在山西太原榆次方向?qū)Ρ鞠到y(tǒng)進(jìn)行了試用，并與247廠(chǎng)外場(chǎng)標(biāo)定方法進(jìn)行比對(duì)，動(dòng)態(tài)跑車(chē)實(shí)驗(yàn)（北斗天線(xiàn)三個(gè)、基準(zhǔn)站一套、移動(dòng)站一套、連接線(xiàn)一套）的試驗(yàn)過(guò)程如下：

① 在炮車(chē)行駛至第一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)停車(chē)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，將基準(zhǔn)站天線(xiàn)放置于地勢(shì)較高的方位，流動(dòng)站跟隨炮車(chē)，流動(dòng)站主天線(xiàn)固定在炮塔頂端的中心位置，并將電臺(tái)置于其一側(cè)，另外將從天線(xiàn)固定于平衡機(jī)外殼上方，使主、從天線(xiàn)盡量位于同一中軸線(xiàn)上。；

② 為了保證慣導(dǎo)精度，在炮車(chē)行駛至第二個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)停車(chē)對(duì)準(zhǔn)；

③ 當(dāng)行駛至第三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)按照本文提出的方法進(jìn)行初始誤差角的標(biāo)定；

④ 重復(fù)③中的過(guò)程6次。

最后將本方案所得數(shù)據(jù)與工廠(chǎng)標(biāo)定方法所得數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

上述過(guò)程是工廠(chǎng)采用的跑車(chē)方案，其中的基準(zhǔn)點(diǎn)是工廠(chǎng)方面通過(guò)測(cè)地得出的精確信息，與本文標(biāo)定方案無(wú)關(guān)，本文所提標(biāo)定過(guò)程與工廠(chǎng)標(biāo)定過(guò)程同時(shí)在一門(mén)炮內(nèi)進(jìn)行。

圖6~圖9為本系統(tǒng)在實(shí)際標(biāo)定過(guò)程中。

工廠(chǎng)標(biāo)定的目的是修正慣導(dǎo)參數(shù)，消除較大的誤差，提高導(dǎo)航精度，使其達(dá)到出廠(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。本文將所提方案與工廠(chǎng)標(biāo)定的結(jié)果進(jìn)行全程對(duì)比，如表3所示。

表9中的9個(gè)點(diǎn)為工廠(chǎng)預(yù)先設(shè)定好的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，所用坐標(biāo)系為北斗二代所用的北京54坐標(biāo)系，炮車(chē)行駛至前兩個(gè)點(diǎn)時(shí)需要進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)，所以在沒(méi)有記錄第一個(gè)點(diǎn)的導(dǎo)航結(jié)果。

表 9中倒數(shù)第二列為用工廠(chǎng)的方法得出的剩余非對(duì)準(zhǔn)角，最后一列為用本系統(tǒng)標(biāo)定出的初始誤差角。從標(biāo)定結(jié)果可看出，第二個(gè)點(diǎn)的剩余非對(duì)準(zhǔn)角較大，但是經(jīng)過(guò)兩次對(duì)準(zhǔn)修正后，接下來(lái)的七個(gè)點(diǎn)處的剩余非對(duì)準(zhǔn)角均在2.8 mil以?xún)?nèi)，說(shuō)明現(xiàn)階段工廠(chǎng)所采用的標(biāo)定方法已經(jīng)達(dá)到了很高的精度。

而本文所提方案的標(biāo)定結(jié)果較之工廠(chǎng)標(biāo)定結(jié)果，在點(diǎn)7處相差最大，為0.3 mil，其余均在0.3 mil以?xún)?nèi)。表明北斗衛(wèi)星差分定位精度完全滿(mǎn)足對(duì)車(chē)載慣導(dǎo)進(jìn)行標(biāo)定的要求，也說(shuō)明該方法可以很好地將粗標(biāo)定過(guò)程中，由北斗天線(xiàn)非同軸誤差以及北斗測(cè)姿系統(tǒng)量測(cè)誤差造成的剩余誤差補(bǔ)償?shù)?，其精度完全滿(mǎn)足部隊(duì)作戰(zhàn)的需求。

圖6 捷聯(lián)式慣導(dǎo)裝備外場(chǎng)標(biāo)定系統(tǒng)基準(zhǔn)站Fig.6 Outfield calibration system reference station for SINS equipment

圖7 基準(zhǔn)站天線(xiàn)Fig.7 Antenna of the base station

圖8 捷聯(lián)式慣導(dǎo)裝備外場(chǎng)標(biāo)定系統(tǒng)移動(dòng)站Fig.8 SINS equipment field calibration system for mobile station

表3 實(shí)車(chē)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.3 Test data of real vehicle

圖9 移動(dòng)站天線(xiàn)Fig.9 Antenna of the mobile station

4 結(jié) 論

在本文中，將慣性器件安裝誤差角、北斗天線(xiàn)非同軸安裝誤差以及對(duì)準(zhǔn)后遺留的失準(zhǔn)角歸類(lèi)到捷聯(lián)式慣導(dǎo)的非對(duì)準(zhǔn)角中。首先利用衛(wèi)星測(cè)姿系統(tǒng)為慣導(dǎo)系統(tǒng)提供姿態(tài)基準(zhǔn)，完成了誤差角的粗標(biāo)定；然后利用衛(wèi)星差分定位原理為精標(biāo)定過(guò)程提供位置基準(zhǔn)。在標(biāo)定過(guò)程中，基準(zhǔn)站通過(guò)電臺(tái)將定位誤差反饋給移動(dòng)站，最后通過(guò)移動(dòng)站計(jì)算出載體的誤差角。

本文所提方法和系統(tǒng)在標(biāo)定過(guò)程中不需要已知的基準(zhǔn)點(diǎn)，并且在精量測(cè)階段不需要濾波，避免了繁瑣的估計(jì)過(guò)程。所得標(biāo)定結(jié)果與工廠(chǎng)高精度標(biāo)定方法所得結(jié)果相差不大，完全可以滿(mǎn)足部隊(duì)條件下的標(biāo)定任務(wù)。

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Inertial navigation system’s field calibration based on Beidou-II differential positioning

WANG Zhi-wei1, QIN Jun-qi1, DI Chang-chun1, SHI Zhi-yong1, WANG Feng-jie2
(1. Ordnance engineering college, Shijiazhuang 050003, China; 2. Unit 63870 of PLA, Huayin 714200, China)

In view that the calibration of inertial navigation system under field conditions needs fixed reference points, a novel calibration method is proposed based on satellite positioning differential. In this method, the antenna installation error, angular misalignment and installation errors and other inertial devices are classified as a unified installation error angle. Based on the dead reckoning error compensation, a positioning reference is provided based on Beidou attitude measurement technology to coarsely calibrate the system error. In fine calibration stage, a high-precision location information is provided by satellite differential technology to complete a calibration error angle. Multiple sets of calibration results show that their differences from traditional factory calibration results are within 0.3 mil, which achieve higher accuracy. This approach not only avoids reliance on the fixed reference point, but also prevents tedious processes in filtering the result, eliminating the known external information, which guarantee the accuracy of long navigation and improve the real-time calibration.

Beidou-II satellite navigation; differential; satellite attitude determination; strapdown inertial navigation system; misalignment angles

U666.1

：A

2016-02-19；

：2016-05-27

國(guó)防預(yù)研基金（9140A09040112JB34111）

王志偉（1990—），男，博士研究生，研究方向?yàn)閼T性導(dǎo)航。E-mail: wzw505869351@126.com

聯(lián) 系 人：秦俊奇（1961—），教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)楣收显\斷技術(shù)、組合導(dǎo)航技術(shù)。E-mail: Qjq1961@yeah.net

1005-6734(2016)03-0314-06

10.13695/j.cnki.12-1222/o3.2016.03.007