基于外參考速度輔助的行進(jìn)間羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)

劉義亭，徐曉蘇，張 濤，吳 亮，孫 進(jìn)，田澤鑫

（1. 東南大學(xué) 儀器科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210096；2. 東南大學(xué) 微慣性儀表與先進(jìn)導(dǎo)航技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210096）

基于外參考速度輔助的行進(jìn)間羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)

劉義亭1,2，徐曉蘇1,2，張 濤1,2，吳 亮1,2，孫 進(jìn)1,2，田澤鑫1,2

（1. 東南大學(xué) 儀器科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210096；2. 東南大學(xué) 微慣性儀表與先進(jìn)導(dǎo)航技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210096）

為實(shí)現(xiàn)行進(jìn)間羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)，將外參考速度引入，同時(shí)設(shè)計(jì)不同機(jī)動(dòng)方式下的羅經(jīng)法控制回路參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律提高對(duì)準(zhǔn)精度、縮短對(duì)準(zhǔn)時(shí)間。首先分析線運(yùn)動(dòng)對(duì)羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)造成的影響，設(shè)計(jì)基于外速度輔助的行進(jìn)間羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)方案；然后利用對(duì)準(zhǔn)回路傳遞函數(shù)進(jìn)行誤差分析，分析不同機(jī)動(dòng)給對(duì)準(zhǔn)精度造成的影響；最后提出不同機(jī)動(dòng)方式下的羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)回路控制參數(shù)設(shè)置規(guī)律。仿真結(jié)果表明基于外速度輔助的行進(jìn)間羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)能有效完成捷聯(lián)慣導(dǎo)在勻速直線運(yùn)動(dòng)中的對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)設(shè)置規(guī)律調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)回路中的控制參數(shù)，可以抑制80%以上由載體搖擺造成的低頻干擾，將航向誤差的振蕩幅值降低為原來(lái)的1/2，有效提高了對(duì)準(zhǔn)精度。

羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)；誤差分析；對(duì)準(zhǔn)回路；控制參數(shù)

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的發(fā)展需求，靈活、快速的機(jī)動(dòng)能力是現(xiàn)代武器裝備必須具備的基本要素。任意狀態(tài)切換至戰(zhàn)備狀態(tài)，準(zhǔn)確提供定位與姿態(tài)信息是武器裝備上的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)必須具備的新性能[1]。初始對(duì)準(zhǔn)是捷聯(lián)慣導(dǎo)進(jìn)行導(dǎo)航、定位的前提，然而對(duì)準(zhǔn)時(shí)間和對(duì)準(zhǔn)精度兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)之間相互矛盾[2]。因而初始對(duì)準(zhǔn)一直是捷聯(lián)慣性導(dǎo)航領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

國(guó)內(nèi)早期針對(duì)捷聯(lián)慣導(dǎo)初始對(duì)準(zhǔn)技術(shù)的研究主要集中在靜基座情形。目前，靜基座對(duì)準(zhǔn)精度已達(dá)到相當(dāng)高的水平，且該技術(shù)已成功在國(guó)內(nèi)眾多車載定位定向設(shè)備中運(yùn)用[1]。近幾年，國(guó)內(nèi)學(xué)者在行進(jìn)間對(duì)準(zhǔn)技術(shù)方面也取得了一些成就。

文獻(xiàn)[3]建立了與慣性系相匹配的系統(tǒng)狀態(tài)模型，利用Kalman濾波完成行進(jìn)間對(duì)準(zhǔn)，在一定程度上抑制了噪聲干擾，提高對(duì)準(zhǔn)精度。文獻(xiàn)[4]利用里程計(jì)與慣性測(cè)量元件中的陀螺儀輸出進(jìn)行航位推算并建立航位推算誤差模型，利用Kalman濾波對(duì)航位推算結(jié)果、捷聯(lián)慣導(dǎo)結(jié)果進(jìn)行融合實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)。文獻(xiàn)[5]利用DVL得到載體坐標(biāo)系中的速度，利用航位推算得到地球坐標(biāo)系中的位置，將該速度和位置與捷聯(lián)慣導(dǎo)對(duì)應(yīng)的導(dǎo)航信息相匹配進(jìn)行行進(jìn)間對(duì)準(zhǔn)。文獻(xiàn)[6]利用當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系中的DVL速度進(jìn)行匹配，有效提高系統(tǒng)的可觀測(cè)性。文獻(xiàn)[7]利用GPS輸出的位置信息輔助SINS行進(jìn)間對(duì)準(zhǔn)。文獻(xiàn)[8]討論了基于傳感器補(bǔ)償?shù)男羞M(jìn)間羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)。

目前針對(duì)行進(jìn)間對(duì)準(zhǔn)的研究主要借助于Kalman濾波，而羅經(jīng)法為捷聯(lián)慣導(dǎo)利用羅經(jīng)原理實(shí)現(xiàn)的一種不依賴于外界信息的對(duì)準(zhǔn)方法，其計(jì)算量小，對(duì)準(zhǔn)的精度只與加速度計(jì)和陀螺的測(cè)量誤差有關(guān)，在靜基座情況下具有較強(qiáng)適用性，動(dòng)態(tài)環(huán)境中羅經(jīng)法無(wú)法使用。然而，當(dāng)引入外界輔助參考速度后，羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)在動(dòng)基座中的運(yùn)用具有較大的可行性。本文首先分析線運(yùn)動(dòng)對(duì)靜基座羅經(jīng)法造成的影響，進(jìn)而引入外速度得到行進(jìn)間羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)方案。針對(duì)機(jī)動(dòng)環(huán)境對(duì)羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)的影響進(jìn)行誤差分析，結(jié)合誤差分析結(jié)果提出不同機(jī)動(dòng)方式下調(diào)節(jié)羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)回路中的控制參數(shù)的規(guī)律。

1 基于外速度輔助的行進(jìn)間羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)

本節(jié)以指北方位系統(tǒng)為例對(duì)捷聯(lián)慣導(dǎo)基于外速度輔助的行進(jìn)間對(duì)準(zhǔn)原理進(jìn)行描述。指北方位系統(tǒng)的導(dǎo)航坐標(biāo)系為當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系，初始對(duì)準(zhǔn)的目的是將捷聯(lián)慣導(dǎo)的數(shù)學(xué)平臺(tái)坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系的東、北、天指向重合。指北方位系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)包括水平對(duì)準(zhǔn)和方位對(duì)準(zhǔn)兩步。

當(dāng)基座有線運(yùn)動(dòng)時(shí)，載體存在位置變化、速度變化及加速度變化。這些變化對(duì)對(duì)準(zhǔn)造成的影響具體表現(xiàn)為：

① 緯度變化對(duì)地球自轉(zhuǎn)角速度ωie在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的投影造成影響。同時(shí)，對(duì)導(dǎo)航坐標(biāo)系相對(duì)于地理坐標(biāo)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度以及羅經(jīng)回路中的ωiecosL產(chǎn)生影響。

② 線速度的存在首先會(huì)使緯度發(fā)生改變，再次通過(guò)載體對(duì)地速度的分量產(chǎn)生影響。其中為由外速度產(chǎn)生的角速度項(xiàng)，其在載體系上的投影會(huì)包含在陀螺的輸出中。由速度引起的有害加速度項(xiàng)也會(huì)包含在加速度計(jì)的輸出中。因此外速度對(duì)羅經(jīng)回路的影響主要體現(xiàn)在由線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的緯度誤差、未補(bǔ)償引起的等效陀螺漂移、未補(bǔ)償帶來(lái)的等效加速度計(jì)零偏。

③ 加速度對(duì)羅經(jīng)法的影響也體現(xiàn)在使緯度發(fā)生改變，以及對(duì)載體對(duì)地速度分量和的影響，但影響形式與線速度不同。因此，需要引入外參考速度輔助SINS完成行進(jìn)間羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)。

圖2 行進(jìn)間水平對(duì)準(zhǔn)回路北向通道Fig.2 North channel of in-motion horizontal alignment loop

圖3 行進(jìn)間對(duì)準(zhǔn)方位通道Fig.3 Azimuth channel of in-motion alignment loop

圖中標(biāo)注①②③處為行進(jìn)間對(duì)準(zhǔn)與靜基座對(duì)準(zhǔn)區(qū)別的地方。具體為：

① 補(bǔ)償一

② 補(bǔ)償二

③ 補(bǔ)償三

在fn的積分環(huán)節(jié)之后引入外速度，同時(shí)給速度賦初值。

2 機(jī)動(dòng)對(duì)羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)的影響

2.1 勻速直航中的DVL輔助羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)

在勻速直航的羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)中由于已完成了粗對(duì)準(zhǔn)，計(jì)算坐標(biāo)系與真實(shí)導(dǎo)航坐標(biāo)系之間姿態(tài)誤差在小角范圍內(nèi)，因此可直接利用該值進(jìn)行投影獲得計(jì)算坐標(biāo)系中的速度，即：

通過(guò)對(duì)DVL參考速度在計(jì)算坐標(biāo)系中投影的積分獲得載體的位置：

若DVL存在測(cè)速誤差δVcb，則DVL實(shí)際輸出量測(cè)值表示為：

投影到計(jì)算坐標(biāo)系有：

在勻速直航中忽略誤差高階小量，則式(7)可寫成

在勻速直航中，由于載體存在搖擺以及在對(duì)準(zhǔn)的過(guò)程中，失準(zhǔn)角會(huì)存在小幅高頻振蕩，所以和δVn也主要表現(xiàn)出小幅高頻振蕩。而羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)的水平通道和方位通道在一定程度上可以抑制高頻噪聲[6]。因此勻速直航中的小幅高頻振蕩對(duì)系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)精度影響不大。

2.2 搖擺狀態(tài)下DVL輔助羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)

艦船在航行過(guò)程中受水浪影響會(huì)產(chǎn)生一定幅度的搖擺。陀螺的輸出中除了包含陀螺常值漂移、隨機(jī)漂移外，還包括由搖擺帶來(lái)的干擾角速度。以水平對(duì)準(zhǔn)的北向通道為例，此時(shí)圖2中的εE變成εE+εE′，其中εE′為搖擺帶來(lái)的干擾角速度，一般可表示為多個(gè)正弦波的疊加，如式(9)所示：

式中：γi(i =1,2,…)表示水浪分量的振蕩幅值，fi(i=1,2,…)表示水浪分量的振蕩頻率，θi(i=1,2,…)表示水浪分量的初始相位。

為了便于分析，假設(shè)εE′為常值，若▽N、εE、φZ(yǔ)也為常值，則有

φx(s )達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)為

同理，由圖6可得：

適當(dāng)選擇K2、K3、K4，羅經(jīng)法方位對(duì)準(zhǔn)精度為：

式(11)(13)表明載體的搖擺對(duì)于水平對(duì)準(zhǔn)的精度沒有影響，但對(duì)方位對(duì)準(zhǔn)的精度會(huì)產(chǎn)生一定的影響。此時(shí)若要提高方位對(duì)準(zhǔn)精度，需要從陀螺的輸出信號(hào)中濾除搖擺分量。

2.3 加、減速運(yùn)動(dòng)中的DVL輔助羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)

在加減速運(yùn)動(dòng)中，根據(jù)圖2及式(10)可知，當(dāng)只考慮加速度量▽N對(duì)φx(s)的影響時(shí)，北向加速度計(jì)零偏、北向加速度與誤差角φx(s)的頻域方程為：

若令：

則有

東向加速度計(jì)零偏、東向加速與誤差角φy(s)的頻域方程和φxAN(s )具有同樣的形式，此處不再贅述。

通過(guò)圖3可以得到北向加速度計(jì)零偏、北向加速度與方位誤差角φz(s)的頻域方程：

若令：

則有

圖4 北向加速度到xφ的幅頻特性Fig.4 Amplitude-frequency characteristics of north acceleration and xφ

圖5 北向加速度到zφ的幅頻特性Fig.5 Amplitude-frequency characteristics of north acceleration andzφ

3 根據(jù)機(jī)動(dòng)設(shè)置對(duì)準(zhǔn)回路控制參數(shù)

結(jié)合第2節(jié)分析可知，捷聯(lián)慣導(dǎo)初始對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)對(duì)陀螺的低頻干擾、加速度計(jì)的低頻干擾、載體的加速度低頻干擾較敏感。根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)在線調(diào)節(jié)各通道控制參數(shù)，在一定程度上能夠降低運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)系統(tǒng)造成的影響[9-10]。本節(jié)針對(duì)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行討論。

① 載體做勻速直線運(yùn)動(dòng)

此時(shí)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的慣性測(cè)量元件輸出中不包含由于機(jī)動(dòng)引入的干擾信息。引入外速度輔助后對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)能夠正常工作，其控制參數(shù)的設(shè)置應(yīng)該與靜基座對(duì)準(zhǔn)控制回路中的參數(shù)設(shè)置無(wú)較大差異。

② 載體做搖擺運(yùn)動(dòng)

當(dāng)載體做搖擺運(yùn)動(dòng)時(shí)，捷聯(lián)慣導(dǎo)的慣性測(cè)量元件輸出中將包含由載體搖擺而引入的干擾，同時(shí)由于慣性測(cè)量元件本身的非線性問(wèn)題在搖擺狀態(tài)下也會(huì)放大，從而疊加到慣性測(cè)量元件的輸出中。由第2節(jié)分析可知，當(dāng)載體做低頻搖擺時(shí)，低頻干擾對(duì)方位對(duì)準(zhǔn)精度有較大影響，因此需要調(diào)節(jié)方位回路中的。此時(shí)可以適當(dāng)調(diào)大K4的值能夠有效提高航向?qū)?zhǔn)精度，但航向?qū)?zhǔn)的時(shí)間會(huì)增加。

③ 載體做勻速+搖擺機(jī)動(dòng)

綜合前2種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析，為了得到勻速搖擺機(jī)動(dòng)下最優(yōu)對(duì)準(zhǔn)效果，羅經(jīng)對(duì)準(zhǔn)控制回路參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律為：首先根據(jù)載體運(yùn)動(dòng)環(huán)境，設(shè)置羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)控制回路參數(shù)，同時(shí)對(duì)捷聯(lián)慣導(dǎo)的陀螺輸出設(shè)置閾值Dg。若陀螺的輸出大于Dg，則先減小方位控制回路參數(shù)K4，加快方位對(duì)準(zhǔn)收斂速度，待方位值迅速收斂到在某一范圍內(nèi)振蕩后，增大方位對(duì)準(zhǔn)回路中的K4，減小方位對(duì)準(zhǔn)振蕩幅值，提高對(duì)準(zhǔn)精度。對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)需要增加對(duì)準(zhǔn)結(jié)束統(tǒng)計(jì)學(xué)判斷標(biāo)志。

雖然調(diào)節(jié)K1的值可以抑制加、減速運(yùn)動(dòng)給對(duì)準(zhǔn)造成的影響，但頻繁加、減速運(yùn)動(dòng)會(huì)造成反復(fù)調(diào)節(jié)控制回路參數(shù)K1，使得系統(tǒng)不穩(wěn)定，同時(shí)使得對(duì)準(zhǔn)時(shí)間極大增加。實(shí)際情況中頻繁加、減速運(yùn)動(dòng)時(shí)并不采用羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)。本文的仿真環(huán)節(jié)只給出勻速直線運(yùn)動(dòng)、搖擺、搖擺+勻速運(yùn)動(dòng)下的仿真結(jié)果。

4 仿真驗(yàn)證與分析

仿真實(shí)驗(yàn)中陀螺的常值漂移為0.04 (°)/h，隨機(jī)漂移為。加速度計(jì)的零偏為50 μg，隨機(jī)偏置為50 μg。假設(shè)系統(tǒng)已完成粗對(duì)準(zhǔn)，精對(duì)準(zhǔn)開始時(shí)的縱搖、橫搖、航向姿態(tài)誤差分別為0.5°、0.5°、1°。精對(duì)準(zhǔn)分為兩個(gè)階段，0至300 s期間只進(jìn)行水平精調(diào)平，方位回路不參與工作。此時(shí)控制參數(shù)分別為K1=0.06，K2=1280，K3=6.26×10-6。300 s時(shí)方位回路參與工作，此時(shí)方位回路控制參數(shù)分別為K1=0.06，K=1280，K=1.5×10-6，K=1.3。DVL

234的測(cè)速誤差為當(dāng)前速度的2%。以艦船為例，當(dāng)艦船做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿正北方向以2 m/s的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)，無(wú)搖擺；當(dāng)艦船做搖擺運(yùn)動(dòng)時(shí)，艦船速度為0 m/s，同時(shí)縱搖、橫搖和航向的搖擺幅值分別為8°、6°、4°，搖擺頻率分別為0.15 Hz、0.2 Hz、0.125 Hz。當(dāng)艦船做勻速+搖擺運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿正北方向以2 m/s做勻速直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)縱搖、橫搖和航向的搖擺幅值分別為8°、6°、4°，搖擺頻率分別0.15 Hz、 0.2 Hz、0.125 Hz。

實(shí)驗(yàn)一 勻速直線運(yùn)動(dòng)

當(dāng)艦船做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，其對(duì)準(zhǔn)的誤差結(jié)果如圖6所示。系統(tǒng)在200 s時(shí)基本完成水平精調(diào)平，從300 s開始系統(tǒng)進(jìn)行方位對(duì)準(zhǔn)，700 s方位對(duì)準(zhǔn)基本完成。最終航向?qū)?zhǔn)精度為0.180°，與理論極限對(duì)準(zhǔn)精度相當(dāng)，水平對(duì)準(zhǔn)精度為0.002°。外參考速度的測(cè)速誤差對(duì)系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)精度沒有影響。因此，當(dāng)載體做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，行進(jìn)間羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)能夠在15 min內(nèi)完成對(duì)準(zhǔn)。

實(shí)驗(yàn)二 搖擺運(yùn)動(dòng)

當(dāng)艦船做搖擺運(yùn)動(dòng)時(shí)，保持K1、K2、K3不變，調(diào)節(jié)K4，使其分別為5.2、2.6、1.3，則羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)姿態(tài)誤差曲線、航向姿態(tài)誤差頻譜圖分別如圖7、圖8所示。

由圖7可知，當(dāng)載體做搖擺運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)在三個(gè)軸方向上也存在小幅的振蕩。調(diào)節(jié)K4只對(duì)方位對(duì)準(zhǔn)精度存在影響。K4=1.3時(shí)，航向?qū)?zhǔn)約在900 s時(shí)達(dá)到穩(wěn)定。K4=2.6時(shí)，航向?qū)?zhǔn)約在1200 s時(shí)達(dá)到穩(wěn)定。K4=5.2時(shí)，航向?qū)?zhǔn)約在1800 s時(shí)達(dá)到穩(wěn)定。因此增大K4時(shí)，方位對(duì)準(zhǔn)的時(shí)間變長(zhǎng)。但是當(dāng)系統(tǒng)趨于穩(wěn)定時(shí)，K4=5.2時(shí)航向誤差振蕩幅值是K4=1.3時(shí)航向誤差振蕩幅值的0.5倍。因此增大K4，方位誤差的振蕩幅值減小，說(shuō)明增大K4有利于方位系統(tǒng)穩(wěn)定。對(duì)方位誤差進(jìn)行頻譜分析如圖8所示，增大K4能有效降低干擾的幅值。

圖6 勻速直線運(yùn)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)誤差曲線Fig.6 Alignment errors with the uniform motion in straight line

圖7 搖擺運(yùn)動(dòng)下對(duì)準(zhǔn)誤差曲線Fig.7 Alignment errors with swing movement

圖8 搖擺運(yùn)動(dòng)航向姿態(tài)誤差頻譜Fig.8 Spectrum of heading attitude error with swing movement

實(shí)驗(yàn)三 搖擺+勻速直線運(yùn)動(dòng)

在勻速+搖擺情況下，為了實(shí)現(xiàn)縮短對(duì)準(zhǔn)時(shí)間，提高對(duì)準(zhǔn)精度的要求，按照上節(jié)參數(shù)設(shè)置規(guī)律調(diào)節(jié)對(duì)準(zhǔn)回路控制參數(shù)。羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)姿態(tài)誤差曲線如圖9所示。

由圖9可以看出：300 s時(shí)系統(tǒng)開始進(jìn)行方位對(duì)準(zhǔn)，此時(shí)K4取得較小的值，航向誤差開始迅速降低。當(dāng)方位對(duì)準(zhǔn)進(jìn)行到900 s左右時(shí)，航向誤差基本保持在一個(gè)穩(wěn)定范圍內(nèi)振動(dòng)。此時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換控制回路參數(shù)，具體為：保持K1、K2、K3不變，增大K4的值，從而有效降低航向誤差的振蕩幅值，提高對(duì)準(zhǔn)精度。

圖9 搖擺+勻速直線運(yùn)動(dòng)下對(duì)準(zhǔn)誤差曲線Fig.9 Alignment errors with swing and uniform rectilinear motion

5 結(jié) 論

本文針對(duì)靜基座羅經(jīng)法在有線運(yùn)動(dòng)時(shí)存在的缺陷，將外參考速度引入，并對(duì)靜基座羅經(jīng)法在有線運(yùn)動(dòng)時(shí)存在的缺陷進(jìn)行補(bǔ)償，得到了基于外速度輔助的行進(jìn)間羅經(jīng)法對(duì)準(zhǔn)方案。結(jié)合對(duì)行進(jìn)間對(duì)準(zhǔn)控制回路傳遞函數(shù)，分析了勻速直線運(yùn)動(dòng)、搖擺運(yùn)動(dòng)對(duì)水平對(duì)準(zhǔn)回路和方位對(duì)準(zhǔn)回路造成的影響，并對(duì)其進(jìn)行了深入的誤差分析。根據(jù)誤差分析結(jié)果，提出了不同運(yùn)動(dòng)模式下的羅經(jīng)法方位對(duì)準(zhǔn)回路中的控制參數(shù)設(shè)置規(guī)律。仿真結(jié)果表明，基于外速度輔助的行進(jìn)間羅經(jīng)法在勻速直線運(yùn)動(dòng)中能有效完成捷聯(lián)慣導(dǎo)的對(duì)準(zhǔn)，根據(jù)參數(shù)設(shè)置規(guī)律調(diào)節(jié)方位對(duì)準(zhǔn)回路中的控制參數(shù)可以有效抑制載體搖擺運(yùn)動(dòng)對(duì)對(duì)準(zhǔn)造成的影響，提高對(duì)準(zhǔn)精度。

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Compassing alignment in motion based on external reference velocity

LIU Yi-ting1,2, XU Xiao-su1,2, ZHANG Tao1,2, WU Liang1,2, SUN Jin1,2, TIAN Ze-xin1,2
(1. School of Instrument Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China; 2. Key Laboratory of Micro-Inertial Instrument and Advanced Navigation Technology, Southeast University, Nanjing 210096, China)

A compass method for SINS alignment on moving base is put forward by introducing external reference velocity and designing the setting laws for control-loop parameters in different motion modes. Firstly, the moving base’s influence on compass-based alignment is analyzed, and the compass-based alignment in motion based on external velocity is designed. Then, the influences of different motions on the alignment are discussed based on the transfer function of each alignment circuit. Finally, the setting lows for control-loop parameters are proposed. The simulation results show that the alignment of the strapdown inertial navigation system can be effectively completed by the compassing alignment based on external velocity in uniform motion. According to the setting laws, 80% of the low frequency interrupts derived by the rocking movements are restrained. The oscillation amplitude of the azimuth alignment error is reduced by half, which effectively improves the alignment precision.

compassing alignment; error analysis; alignment loop; controlling parameter

U666.1

A

1005-6734(2015)02-0165-07

10.13695/j.cnki.12-1222/o3.2015.02.006

2014-11-27；

2015-03-10

國(guó)家自然科學(xué)基金（61473085，51175082，51375088）；微慣性儀表與先進(jìn)導(dǎo)航技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金；優(yōu)秀青年教師教學(xué)科研資助計(jì)劃（2242015R30031）

劉義亭（1985—），男，博士研究生，從事組合導(dǎo)航研究。E-mail：gcdlyt1985@163.com

聯(lián) 系 人：徐曉蘇（1961—），男，教授，博士生導(dǎo)師。E-mail：xxs@seu.edu.cn