导航学3-7-2012

1、导 航 学,主 讲： 朱智勤,(测绘工程专业）,一、惯导系统初始对准概述 二、惯导系统的静基座初始对准,惯导系统初始对准,一、惯导系统初始对准概述,1.1 初始对准的必要性,为什么需要进行初始对准,积分运算必须知道 初始值！,初始对准,1.2 初始对准的分类,对外信息 的需求,对准轴系,基座 运动状态,对准阶段,一、惯导系统初始对准概述,一、惯导系统初始对准概述,1.3 初始对准的要求,初 始 对 准 的 要 求,对准精度,对准时间,快又准,对准精度与对准时间相互制约，不同场合侧重点不同,初始对准是最初确定惯性测量基准指向的过程。,技术难度大，方案花样多。,舰艇惯导,飞机惯导,惯导系统不可或缺

2、的关键步骤； 对惯导系统的精度和反应时间有重要影响；,二、惯导系统的静基座初始对准方法,二、惯导系统的静基座初始对准方法,2.1 粗对准与精对准,根据对准精度的要求，静基座对准过程分为：,粗对准,精对准,要求尽快地将平台调整到 一个精度范围内， 缩短对准时间是主要指标,在粗对准基础上进行， 对准精度是主要指标,通常在精对准过程中要进行陀螺的测漂和定标，进一步补偿陀螺漂移率和标定刻度系数，以提高对准精度,平台，先水平（调平），后方位，使系统有较好的动态性能 捷联：精确建立姿态矩阵 水平和方位对准同时（现代） 先水平后方位（经典）,二、惯导系统的静基座初始对准方法,2.2 静基座粗对准方案,再定义

3、一个新的矢量：,。,由矩阵的相似变化关系可得,合在一个矩阵里，得到对应关系为,方案二. 由加速度计信号进行水平自对准,航向角由其它导航系统提供,首先设经过初次对准，通过得到的 给定的地理系是有误差的， 即存在需修正的误差角,方案三. 一次修正粗对准,由加速度计的输出,由陀螺仪的输出,得到,二、惯导系统的静基座初始对准方法,2.3 静基座精对准方案,惯导系统 误差根源,加速度计偏置,陀螺漂移,随机误差,惯导系统 为随机系统,若采用状态反馈控制，就必须对状态进行估计！,卡 尔 曼 滤 波 器,二、惯导系统的静基座初始对准方法,（1）采用KALMAN滤波进行初始对准，就是将平台误差角 N，E，D从随

4、机误差和随机干扰中估计出来， 通过系统的校正使平台坐标系与导航坐标系对准；,（2）同时，尽可能估计出陀螺漂移和加速度计偏置；,（3）时间不长，因此陀螺漂移和加速度计偏置可看作常值；,（4）根据分离定理，对随机系统和最优估计和最优控制 可以分开单独考虑，故可用卡尔曼滤波器对平台误差 角及惯性仪表的误差进行单独研究。,2.3 静基座精对准方案(续),平台惯导系统的角误差方程：,不考虑平台惯导系统的角误差方程可简化为：,卡尔曼滤波方程的建立,（1）系统方程,X 系统状态向量,W 系统噪声向量,其中，WVN。 WD 为零均值高斯白噪声，分别为加速度计误差和陀螺漂移的噪声成分,卡尔曼滤波方程的建立,（1）系统方程,系统转移矩阵,卡尔曼滤波方程的建立,（2）量测方程,取两个水平速度误差VN 和VE为观测量,即：,Z=Z1， Z2=VN ，VE 为观