動基座條件下艦載武器捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn)研究

陳春歌 劉文超

摘要：由于艦船的航行環(huán)境及自身機(jī)動運(yùn)動對艦載武器的初始對準(zhǔn)精度有直接的作用影響。本文分析了幾種常用初始對準(zhǔn)方法，并建立速度匹配法傳遞對準(zhǔn)卡爾曼濾波器模型，對艦船幾種典型機(jī)動方式下的模型進(jìn)行了仿真研究。結(jié)果表明，艦船不同機(jī)動運(yùn)動方式下對準(zhǔn)效果改善程度不同，速度匹配法傳遞對準(zhǔn)能實(shí)現(xiàn)動基座條件下的艦載武器捷聯(lián)慣導(dǎo)初始對準(zhǔn)功能。

關(guān)鍵詞：初始對準(zhǔn);速度匹配法;機(jī)動運(yùn)動;艦載武器

中圖分類號：TN966 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）01-0219-04

隨著慣性器件的應(yīng)用和慣性導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，艦載武器中也越來越多的應(yīng)用到慣性制導(dǎo)技術(shù)，慣性導(dǎo)航的精度將直接影響到武器的打擊能力。初始對準(zhǔn)是進(jìn)行導(dǎo)航計(jì)算的基礎(chǔ)，初始對準(zhǔn)的精度是影響艦載武器慣性導(dǎo)航系統(tǒng)性能的重要因素。艦載武器的初始對準(zhǔn)可以利用已經(jīng)對準(zhǔn)好的主慣導(dǎo)信息來對準(zhǔn)子慣導(dǎo)信息，分為粗對準(zhǔn)和靜對準(zhǔn)過程。由于艦船在海上航行，運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，艦船殼體也經(jīng)常因波浪撞擊產(chǎn)生搖擺震動以及變形等，將直接影響到子慣導(dǎo)的加速度、角速度測量精度，文獻(xiàn)[1]中研究，艦船桿臂效應(yīng)誤差引起的系統(tǒng)水平對準(zhǔn)誤差可達(dá)2°～3°，目前常用的初始對準(zhǔn)方法有：測量參數(shù)匹配法、計(jì)算參數(shù)匹配法，由于艦船桿臂效應(yīng)、撓曲變形誤差的存在，對測量參數(shù)的影響不容忽視，因此常采用計(jì)算參數(shù)匹配法，計(jì)算參數(shù)匹配法按照參數(shù)的不同又可分為速度匹配法、姿態(tài)匹配法、速度+姿態(tài)匹配法。由于主慣導(dǎo)與子慣導(dǎo)信息傳輸過程中存在延時(shí)，文獻(xiàn)[2]中認(rèn)為數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)在艦船機(jī)動時(shí)主要產(chǎn)生方位誤差，對速度的影響不大，但是對姿態(tài)影響較大。艦載武器初始對準(zhǔn)要求機(jī)動條件下對準(zhǔn)時(shí)間短、反應(yīng)快、魯棒性好，因此綜合以上因素，在艦載武器捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)傳遞對準(zhǔn)中常采用速度匹配的方法。

本文基于捷聯(lián)慣導(dǎo)速度匹配傳遞對準(zhǔn)，深入分析了艦船的不同機(jī)動運(yùn)動狀態(tài)對艦載武器捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)傳遞對準(zhǔn)性能的影響情況。

在推導(dǎo)速度匹配傳遞對準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型之前，先定義本文用到的基本坐標(biāo)系如下：

g—地理坐標(biāo)系，原點(diǎn)為載體重心，采用東北天坐標(biāo)系;

n—導(dǎo)航坐標(biāo)系，慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航解算時(shí)的坐標(biāo)系，與地理坐標(biāo)系一致;

c—計(jì)算導(dǎo)航坐標(biāo)系，與理想導(dǎo)航坐標(biāo)系之間的夾角即為慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn)的失準(zhǔn)角φ;

e—地球坐標(biāo)系，與地球固聯(lián)，相對于慣性坐標(biāo)系以地球自轉(zhuǎn)角速率轉(zhuǎn)動;

—慣性坐標(biāo)系，原點(diǎn)在地球中心，相對于恒星無轉(zhuǎn)動;

b—載體坐標(biāo)系，原點(diǎn)在運(yùn)載體重心，與運(yùn)載體固聯(lián)。

地理坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下，由于本∪〉己階晗滌氳乩磣晗狄恢？所以有[4]：

4.3 仿真結(jié)果分析

由上，對不同機(jī)動方式下的對準(zhǔn)效果總結(jié)如下：

（1）系泊狀態(tài)。即搖擺狀態(tài)下，水平誤差角20s左右即可估計(jì)出來，東向誤差角估計(jì)誤差約為8"，北向誤差角估計(jì)誤差約為15"，而方位誤差角估計(jì)時(shí)間較長，350s后估計(jì)誤差約為2.5";東向速度誤差、北向速度誤差約20s后迅速收斂至零。

（2）勻速直線運(yùn)動狀態(tài)。艦船作勻速直線運(yùn)動狀態(tài)下，東向、北向水平誤差角約10s左右估計(jì)出誤差角，東向誤差角約2"，北向誤差角（2）勻速直線運(yùn)動狀態(tài)。艦船作勻速直線運(yùn)動狀態(tài)下，東向、北向水平誤差角約10s左右估計(jì)出誤差角，東向誤差角約2"，北向誤差角估計(jì)誤差約15"，方位誤差角同系泊狀態(tài)估計(jì)時(shí)間較長，350s后估計(jì)誤差約為5";東向、北向速度誤差約20s后收斂至零附近。該運(yùn)動狀態(tài)下對準(zhǔn)效果與系泊狀態(tài)下基本一致。

（3）勻加速運(yùn)動狀態(tài)。艦船作勻加速直線運(yùn)動狀態(tài)下，東向、北向水平誤差角約10s左右估計(jì)出誤差角，東向誤差角約2"，最大失準(zhǔn)角約為5"，北向誤差角估計(jì)誤差約15"，最大失準(zhǔn)角約為50"，方位誤差角同樣估計(jì)時(shí)間較長，350s后估計(jì)誤差約為2.5";東向速度誤差在-0.025m/s～0.04m/s范圍內(nèi)變化，北向速度誤差約20s后由0.25m/s收斂至零附近變化。

（4）勻加速加搖擺運(yùn)動狀態(tài)。艦船作勻加速加搖擺運(yùn)動狀態(tài)下，東向、北向水平誤差角約10s左右估計(jì)出誤差角，東向誤差角約10"，最大失準(zhǔn)角約為30"，北向誤差角估計(jì)誤差約5"，最大失準(zhǔn)角約為15"，方位誤差角同樣估計(jì)時(shí)間較長，350s后估計(jì)誤差約為3";東向速度誤差在-0.02m/s～0.02m/s范圍內(nèi)變化，北向速度誤差約20s后由0.18m/s收斂至零附近變化。

本文建立了艦載武器捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)采用速度匹配法的動基座傳遞對準(zhǔn)濾波器模型，并以此為基礎(chǔ)對艦船不同機(jī)動方式下的對準(zhǔn)精度、對準(zhǔn)時(shí)間及速度誤差估計(jì)進(jìn)行了仿真分析和結(jié)果比較。結(jié)果表明，在文中幾種機(jī)動運(yùn)動狀態(tài)下均可在短時(shí)間內(nèi)估計(jì)出水平誤差角和速度誤差，通過線加速運(yùn)動可提高陀螺漂移的估計(jì)精度，但是對北向速度誤差有一定影響，對準(zhǔn)時(shí)間和對準(zhǔn)精度均能滿足要求，采用速度匹配法能實(shí)現(xiàn)子慣導(dǎo)的對準(zhǔn)功能。

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