[发明专利]一种针对柔性杆臂的传递对准方法

说明书

本发明公开了一种针对柔性杆臂的传递对准方法，包括以下步骤：首先建立柔性杆臂的误差模型；在此基础上建立适应柔性杆臂系统的传递对准系统状态方程和量测方程；最后设计卡尔曼滤波算法，估计失准角，并对杆臂矢量、惯性器件零偏及常值漂移等参数进行估计，完成主、子惯导传递对准。本发明可以适应柔性杆臂情况下的传递对准，提高最终对准的稳定性和精确性。

技术领域

本发明涉及惯性导航系统领域的初始对准技术的研究，一种针对挠曲变形导致的柔性杆臂问题研究传递对准方法。

背景技术

初始对准技术作为惯性导航领域关键技术之一，旨在提供惯导系统工作初始时刻的姿态矩阵，并对SINS系统的速度和位置进行初始化，是导航系统进入导航工作状态之前的必要步骤。对于机载精确制导武器系统这类需要快速响应的场合，快速高效的传递对准是初始对准最常采用的手段。传递对准技术通过对载机高精度导航信息的利用来改善制导武器的初始对准效果进而提高导航精度。

传递对准存在两个过程，一是初始化，也可称为一次装订，二是校准过程，利用滤波技术估计补偿误差，提高子系统精度。实际应用中，传递对准技术的使用效果也受限于多方面因素的干扰，如安装误差、杆臂效应、弹性变形等。如何突破这些不利因素的限制，消除其带来的估计误差的影响，提高对准的精度和快速性，是不断研究的方向。

杆臂效应是指在传递对准的实际运用中，主子惯导安装位置有一定距离，主子惯导加速度计和敏感的加速度不同，这种现象就是传递对准中的杆臂效应现象。同时由于实际飞行环境的复杂多样以及挠曲变形的影响，子惯导会偏离其标称杆臂矢量的位置，从而产生挠曲位移，由此产生了柔性杆臂问题。由于杆臂矢量不再是常值，杆臂效应也变得更加复杂。

本发明综合考虑挠曲变形问题和与此相关的柔性杆臂问题，建立合适的快速传递对准量测失准角模型，分析柔性杆臂对传递对准系统主子惯导间相对速度、相对姿态的影响，推导主惯导系观察杆臂变化量和子惯导敏感挠曲的关系，跟踪柔性杆臂的动态情况，构建“速度+角速率+姿态”匹配方式的传递对准方案，尽可能利用观测信息的情况下提高传递对准估计精度，提高传递对准效果。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种针对柔性杆臂的传递对准方法，利用快速传递对准模型，采用“速度+角速率+姿态”对准匹配方案，改进量测方程，提高传递对准的速度和精度。

技术方案：本发明提供的一种针对柔性杆臂的传递对准方法，该方法包括如下步骤：

S1，建立针对柔性杆臂的误差模型；

S2，针对柔性杆臂系统建立系统状态方程和量测方程；

S3，最后设计基于“速度+角速率+姿态”对准匹配方案的卡尔曼滤波算法。

步骤S1具体包括：

S1.1，建立柔性杆臂与挠曲变形角的关系式：

其中：r^m指主惯导坐标系m系下的柔性杆臂矢量，分别指柔性杆臂矢量的一阶和二阶微分形式，r₀^m是杆臂矢量初始状态；θ^s为子惯导实际坐标系s系下挠曲变形角向量，θ_orien为挠曲变形角向量θ^s标量形式，orien＝x,y,z时指向子惯导系统x、y、z轴三个方向，分别指变形角向量的一阶和二阶微分形式；β为相关系数，β_orien,orien＝x,y,z表示相关系数在三个方向的分量，w为白噪声，w_orien表示白噪声在三个方向的分量，挠曲变形角单个方向的标量满足(2)式，表示挠曲变形为噪声激励的二阶马尔可夫随机过程；L₀、L₁、L₂为系数矩阵，具体表达式如下：