磁航向誤差對(duì)空投慣性導(dǎo)航系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)精度的影響

陳紅 高賢娟 沈宇 章文娟

摘要 利用車載試驗(yàn)結(jié)果證明不同大小的磁航向誤差對(duì)空投慣性導(dǎo)航系統(tǒng)動(dòng)基座傳遞對(duì)準(zhǔn)精度的影響效果。介紹空投系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境和系統(tǒng)組成;設(shè)計(jì)具體試驗(yàn)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的傳遞對(duì)準(zhǔn)方案;分析磁航向初始值在系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)中的作用;通過(guò)跑車試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證磁航向誤差對(duì)空投系統(tǒng)動(dòng)基座傳遞對(duì)準(zhǔn)精度的具體影響。

【關(guān)鍵詞】磁航向誤差 空投系統(tǒng) 動(dòng)基座 傳遞對(duì)準(zhǔn)

空投是將物品利用降落傘投放到指定目的地，無(wú)論在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)還是救援過(guò)程中都發(fā)揮著極其重要的作用。傳統(tǒng)的空投方式精確度容易受到天氣、風(fēng)速等環(huán)境因素影響，造成投送位置不準(zhǔn)確，極大地影響投放物資的使用。現(xiàn)在根據(jù)精度和安全性的要求，在空投系統(tǒng)上都會(huì)安裝導(dǎo)航系統(tǒng)以確保物品能順利到達(dá)指定目的地，導(dǎo)航系統(tǒng)的精度會(huì)直接影響投送物品的準(zhǔn)確性。

本論文主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明磁航向誤差對(duì)空投慣性導(dǎo)航系統(tǒng)動(dòng)基座傳遞對(duì)準(zhǔn)精度的影響，為后續(xù)空投試驗(yàn)提供具體的數(shù)據(jù)支持。

1 空投系統(tǒng)的應(yīng)用和組成

傳統(tǒng)的空投方式依靠低空飛行來(lái)提高空投精確度。但是低空飛行在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用中有極大的弊端，那就是極易被敵方察覺(jué)并摧毀。為了提高空投系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)高度，新的空投系統(tǒng)都會(huì)結(jié)合制導(dǎo)及控制技術(shù)，在空投系統(tǒng)上裝備導(dǎo)航系統(tǒng)，以成為高精度的空投系統(tǒng)。

高精度的空投系統(tǒng)一般主要由地面控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)及空中投放控制系統(tǒng)等組成。地面控制系統(tǒng)通過(guò)操控來(lái)控制投放系統(tǒng)的方向、高度和速度，確保投放精準(zhǔn)度。導(dǎo)航系統(tǒng)將空投系統(tǒng)的位置和姿態(tài)信息提供給地面控制系統(tǒng)，空中投放控制系統(tǒng)控制整個(gè)空投系統(tǒng)的速度和方向。

在空投系統(tǒng)上裝備導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)，有以下幾種選擇：GPS全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，組合導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗系統(tǒng)等。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的隱蔽性好，但是精度隨著時(shí)間的增加而呈指數(shù)型累計(jì);GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)具有全球性和高精度的特點(diǎn)，但是易受遮擋，且軍事應(yīng)用中不具有可靠性。所以，可在空投系統(tǒng)中采用GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)。

空投慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在使用時(shí)，要進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。利用磁航向計(jì)向空投慣性導(dǎo)航系統(tǒng)提供初始航向。系統(tǒng)流程如圖1所示。

在傳遞對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中，初始姿態(tài)矩陣是根據(jù)磁航向計(jì)給出的航向值和加計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算得到姿態(tài)角度的，然后得出姿態(tài)矩陣。具體的解算過(guò)程如下：

航向角ψ=磁傳感器提供的航向值;

俯仰角θ=atan（-x加計(jì)補(bǔ)償后比力億加計(jì)補(bǔ)償后比力）;

橫滾角γ= cx_asm（Y加計(jì)補(bǔ)償后比力/9.8）：

即可得初始姿態(tài)陣

在具體的計(jì)算過(guò)程中，加計(jì)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)補(bǔ)償和處理已經(jīng)控制在正常誤差范圍內(nèi)。所以磁航向計(jì)的誤差，會(huì)直接影響空投系統(tǒng)的對(duì)準(zhǔn)精度。本論文通過(guò)具體的跑車試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證磁傳感器誤差對(duì)空投慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差的影響。

2 空投慣性導(dǎo)航系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)

傳遞對(duì)準(zhǔn)分為粗對(duì)準(zhǔn)和精對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)過(guò)程。粗對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中，利用主導(dǎo)航系統(tǒng)提供的姿態(tài)陣和速度、位置對(duì)子導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行裝訂，子導(dǎo)航系統(tǒng)以此值作為姿態(tài)陣的初始值并開(kāi)始姿態(tài)解算和導(dǎo)航解算。而由于主導(dǎo)航系統(tǒng)和子導(dǎo)航系統(tǒng)的安裝有一定距離，這個(gè)安裝誤差使初始值與子導(dǎo)航系統(tǒng)的真實(shí)姿態(tài)矩陣不一致而引起子導(dǎo)航系統(tǒng)的失準(zhǔn)角。精對(duì)準(zhǔn)的主要內(nèi)容是采用卡爾曼濾波算法估計(jì)出失準(zhǔn)角的實(shí)時(shí)值，待估計(jì)值達(dá)到要求的精度后對(duì)實(shí)時(shí)計(jì)算的姿態(tài)矩陣作一次性修正。

本實(shí)驗(yàn)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)采用姿態(tài)匹配傳遞對(duì)準(zhǔn)方法。

3 車載試驗(yàn)方法與結(jié)果

利用上述方法設(shè)計(jì)傳遞對(duì)準(zhǔn)方案后，利用跑車試驗(yàn)驗(yàn)證初始磁傳感器誤差大小對(duì)空投慣性導(dǎo)航系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)精度影響。

空投系統(tǒng)在投遞之初，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)跟隨物品做降落及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所以，利用跑車轉(zhuǎn)圈運(yùn)動(dòng)模擬旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在具體的轉(zhuǎn)圈試驗(yàn)過(guò)程中，將GPS的數(shù)值設(shè)為定值，避免在誤差中引入GPS因環(huán)境因素造成的誤差。跑車試驗(yàn)時(shí)給系統(tǒng)上電后，利用軟件來(lái)設(shè)定不同大小的磁航向計(jì)誤差。具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。在具體的試驗(yàn)過(guò)程中，設(shè)定大的誤差值可提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)，模擬出慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差曲線，為后續(xù)的研究和試驗(yàn)提供數(shù)據(jù)支持。

在圖2中，橫坐標(biāo)代表初始航向誤差（度），縱坐標(biāo)代表距離誤差（米）。每點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同大小的初始航行誤差對(duì)空投慣性導(dǎo)航系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)精度的影響結(jié)果。

4 總結(jié)

本文利用跑車試驗(yàn)驗(yàn)證不同初始磁傳感器誤差對(duì)空投系統(tǒng)動(dòng)基座傳遞對(duì)準(zhǔn)精度的具體影響。發(fā)現(xiàn)航向誤差大小影響效果具有對(duì)稱性質(zhì)，即X度和（ 360-X）度的影響效果近似。在0-180度初始誤差范圍內(nèi)，距離誤差L=-0.003*δψo(hù)+3.78*δψo(hù)+31.85，為后續(xù)試驗(yàn)提供數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1]秦永元，慣性導(dǎo)航[M]，西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2006.

[2]陳雷，卞鴻巍，王榮穎，蘇瑞祥，三軸磁傳感器誤差分析與校準(zhǔn)[J].艦船電子工程，2017（ 01）.

[3]孫有田，張純學(xué)，孫宏超，磁傳感器在動(dòng)態(tài)平臺(tái)上的應(yīng)用[J].飛航導(dǎo)彈，2007 （07）.

[4]富立，劉文麗，無(wú)人機(jī)捷聯(lián)航姿系統(tǒng)磁航向誤差分析[J].中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào)，2007 （06）.

[5]李良君，傳遞對(duì)準(zhǔn)誤差補(bǔ)償及精度評(píng)估方法研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，2008.