動基座條件下艦載武器捷聯慣導系統初始對準研究

陳春歌 劉文超

摘要：由于艦船的航行環境及自身機動運動對艦載武器的初始對準精度有直接的作用影響。本文分析了幾種常用初始對準方法，并建立速度匹配法傳遞對準卡爾曼濾波器模型，對艦船幾種典型機動方式下的模型進行了仿真研究。結果表明，艦船不同機動運動方式下對準效果改善程度不同，速度匹配法傳遞對準能實現動基座條件下的艦載武器捷聯慣導初始對準功能。

關鍵詞：初始對準;速度匹配法;機動運動;艦載武器

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

隨著慣性器件的應用和慣性導航技術的發展，艦載武器中也越來越多的應用到慣性制導技術，慣性導航的精度將直接影響到武器的打擊能力。初始對準是進行導航計算的基礎，初始對準的精度是影響艦載武器慣性導航系統性能的重要因素。艦載武器的初始對準可以利用已經對準好的主慣導信息來對準子慣導信息，分為粗對準和靜對準過程。由于艦船在海上航行，運行環境復雜，艦船殼體也經常因波浪撞擊產生搖擺震動以及變形等，將直接影響到子慣導的加速度、角速度測量精度，文獻[1]中研究，艦船桿臂效應誤差引起的系統水平對準誤差可達2°～3°，目前常用的初始對準方法有：測量參數匹配法、計算參數匹配法，由于艦船桿臂效應、撓曲變形誤差的存在，對測量參數的影響不容忽視，因此常采用計算參數匹配法，計算參數匹配法按照參數的不同又可分為速度匹配法、姿態匹配法、速度+姿態匹配法。由于主慣導與子慣導信息傳輸過程中存在延時，文獻[2]中認為數據傳輸延時在艦船機動時主要產生方位誤差，對速度的影響不大，但是對姿態影響較大。艦載武器初始對準要求機動條件下對準時間短、反應快、魯棒性好，因此綜合以上因素，在艦載武器捷聯慣導系統傳遞對準中常采用速度匹配的方法。

本文基于捷聯慣導速度匹配傳遞對準，深入分析了艦船的不同機動運動狀態對艦載武器捷聯慣導系統傳遞對準性能的影響情況。

在推導速度匹配傳遞對準的數學模型之前，先定義本文用到的基本坐標系如下：

g—地理坐標系，原點為載體重心，采用東北天坐標系;

n—導航坐標系，慣導系統導航解算時的坐標系，與地理坐標系一致;

c—計算導航坐標系，與理想導航坐標系之間的夾角即為慣導系統初始對準的失準角φ;

e—地球坐標系，與地球固聯，相對于慣性坐標系以地球自轉角速率轉動;

—慣性坐標系，原點在地球中心，相對于恒星無轉動;

b—載體坐標系，原點在運載體重心，與運載體固聯。

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

4.3 仿真結果分析

由上，對不同機動方式下的對準效果總結如下：

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

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

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

（4）勻加速加搖擺運動狀態。艦船作勻加速加搖擺運動狀態下，東向、北向水平誤差角約10s左右估計出誤差角，東向誤差角約10"，最大失準角約為30"，北向誤差角估計誤差約5"，最大失準角約為15"，方位誤差角同樣估計時間較長，350s后估計誤差約為3";東向速度誤差在-0.02m/s～0.02m/s范圍內變化，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慣導系統采用速度匹配法的動基座傳遞對準濾波器模型，并以此為基礎對艦船不同機動方式下的對準精度、對準時間及速度誤差估計進行了仿真分析和結果比較。結果表明，在文中幾種機動運動狀態下均可在短時間內估計出水平誤差角和速度誤差，通過線加速運動可提高陀螺漂移的估計精度，但是對北向速度誤差有一定影響，對準時間和對準精度均能滿足要求，采用速度匹配法能實現子慣導的對準功能。

[1] 張德明.艦載武器慣導系統初始對準技術研究[D].沈陽：沈陽理工大學，2011.

[2] 劉紅光，陳志剛，陳剛.基準信息時間延遲對速度匹配傳遞對準性能的影響分析[J].中國慣性技術學報，2012，20（5）：544-551.

[3] 秦永元.慣性導航[M].北京：科學出版社，2006.

[4] 楊功流，王麗芬，袁二凱，等.大方位失準角下艦載機快速傳遞對準技術[J].中國慣性技術學報，2014，22（1）：45-50.

[5] 萬德鈞，房建成.慣性導航初始對準[M].南京：東南大學出版社，1990.