一種基于雙主慣導的直升機載導彈傳遞對準精度評估方法

趙偉高,朱啟舉,白 亮

(西安現(xiàn)代控制技術研究所,西安 710065)

0 引言

直升機載導彈在發(fā)射前需要進行初始對準，以便確定其彈載慣導的初始導航信息。而傳遞對準則是機載導彈空中發(fā)射前獲取慣導初始姿態(tài)的對準方法，其目的是利用機載主慣導通過對準模型確定出彈載子慣導相對于機載主慣導的安裝誤差，并通過誤差補償模型對彈載子慣導進行補償修正，確保導彈發(fā)射時刻子慣導能夠獲取準確的初始姿態(tài)角[1]。其對準精度決定著子慣導的初始姿態(tài)誤差大小，也直接影響著直升機載導彈的中制導精度以及中靶精度。因此，需對傳遞對準解算的安裝誤差準確性進行評估，即通過比較機載主、子慣導的真實安裝誤差與傳遞對準估計的安裝誤差的差值大小，以確定其對準精度是否滿足機載導彈系統(tǒng)設計指標的要求。

目前，可利用載機校軸標定設備對機載主、子慣導之間的初始安裝誤差進行直接標定[2]，并通過比較對準結果來評估其精度。但是該方法操作復雜，具有單一性，針對導彈發(fā)射架以及導彈的多次機械拆裝，其初始安裝誤差并不是固定值，需要進行多次重復試驗，效率低下。此外，也可利用子慣導在導彈發(fā)射后的導航誤差，通過引入外部參考導航系統(tǒng)如差分GPS、機載慣導系統(tǒng)等結合最優(yōu)平滑估計方法[3-4]，將子慣導在導航啟動時刻的初始姿態(tài)誤差估計出來，并通過初始姿態(tài)誤差的大小間接評估傳遞對準精度。該方法具有一定的工程應用性，但是并不能定量給出傳遞對準估計精度，不能夠直接用于機載導彈系統(tǒng)的指標考核?；诖耍闹刑岢鲆环N基于雙主慣導的傳遞對準精度評估方法，并結合相關的傳遞對準方案進行了實際的飛行試驗驗證。

1 傳遞對準精度評估方案設計

傳遞對準精度評估方案設計如圖1所示。其原理為通過不同方式分別獲取機載主慣導、參考主慣導以及子慣導之間的安裝誤差，并利用三者之間的安裝誤差評估模型實現(xiàn)子慣導傳遞對準精度的評估。其中，利用機載主慣導、參考主慣導導航輸出的姿態(tài)信息建立姿態(tài)矩陣，利用該姿態(tài)矩陣可直接測量二者之間相對精確的安裝誤差，并將該值作為參考基準。利用機載主慣導與子慣導建立傳遞對準模型，通過載機的機動飛行可在線獲取機載主慣導、子慣導的對準安裝誤差。通過存儲記錄的參考主慣導在飛行過程中的導航信息，利用參考主慣導、子慣導建立傳遞對準模型，離線解算獲取參考主慣導、彈載慣導的估計安裝誤差。由此，通過比較3個安裝誤差的相對大小，即可完成對準精度的定量評估。

圖1 傳遞對準精度評估原理圖

2 傳遞對準精度評估算法設計

2.1 坐標系選取

2.2 安裝誤差矩陣建立

(1)

(2)

(3)

(4)

2.3 參考基準計算

(5)

2.4 誤差評估模型建立

(6)

建立參考主慣導與機載主慣導的的姿態(tài)矩陣關系，即

(7)

根據(jù)式(1)～式(4)可得：

(8)

根據(jù)式(6)和式(7)可得：

(9)

展開后可得：

(10)

因為安裝誤差為小角，忽略掉二階小量可得:

(11)

通過比較式(8)和式(11)可得:

(12)

(13)

式(13)即為誤差評估模型，通過統(tǒng)計分析可實現(xiàn)對準精度的評估。

3 傳遞對準精度評估試驗驗證

3.1 試驗方案

基于此精度評估方法，進行了實際的載機飛行試驗，具體的試驗安裝示意圖如圖2所示。

圖2 傳遞對準精度評估試驗安裝示意圖

在以高精度機載主慣導作為子慣導傳遞對準參考系統(tǒng)的基礎上，額外增加一套與機載主慣導同等精度的參考主慣導作為子慣導傳遞對準參考系統(tǒng)。該參考主慣導與彈載子慣導通過固定工裝安裝在發(fā)射模擬平臺上并懸掛于載機發(fā)射裝置下方。由此，機載主慣導、參考主慣導與彈載子慣導之間的安裝誤差存在一定的幾何關系。在整個試驗過程中，主、子慣導在不拆卸的情況下連續(xù)進行3次傳遞對準，具體試驗流程如圖3所示：1)飛行試驗前，機載主慣導以及參考主慣導上電靜止5 min，完成初始對準。2)打開記錄裝置，實時記錄機載主慣導、參考主慣導導航信息。3)主慣導對準結束后啟動子慣導進行飛行試驗，記錄裝置實時記錄子慣導數(shù)據(jù)。4)載機發(fā)送傳遞對準指令給子慣導并進行機動，子慣導利用飛控系統(tǒng)轉發(fā)的機載主慣導信息進行傳遞對準，實時估計誤差角。5)傳遞對準結束后，載機平飛一段時間進行下一次傳遞對準。

圖3 傳遞對準飛行試驗流程圖

圖3中T0為試驗起始時刻;T5為試驗結束時刻。

3.2 評估方法

基于飛行試驗數(shù)據(jù)，利用誤差評估模型式(11)，通過式(12)對δφ進行試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算，獲取該誤差值的標準偏差σφ(1σ)，基于機載導彈武器系統(tǒng)實際工程應用提出的傳遞對準誤差σφ≤0.15°的指標要求，通過考核σφ與指標要求的大小關系，實現(xiàn)對傳遞對準精度的定量評估。

(14)

3.3 試驗結果

飛行試驗共進行3次傳遞對準，以第一次傳遞對準為例，飛機起飛后平穩(wěn)飛行480 s，在第485～515 s飛機發(fā)送傳遞對準指令給子慣導并進行俯仰機動，機動結束后再采集數(shù)據(jù)到580 s后結束第一次傳遞對準。本組傳遞對準過程中載機的飛行狀態(tài)如圖4所示。子/機載主在線對準安裝誤差估計、子/參考主離線安裝誤差估計以及參考主/機載主的離線安裝誤差計算結果分別如圖5～圖7所示。

圖4 傳遞對準試驗載機飛行狀態(tài)

圖5 子/機載在線姿態(tài)誤差估計曲線圖

圖6 子/參考離線姿態(tài)誤差估計曲線圖

圖7 參考/機載實時姿態(tài)誤差曲線圖

通過傳遞對準數(shù)據(jù)處理方法分別對3次傳遞對準數(shù)據(jù)進行處理，試驗結果如表1、表2所示。

表1 子/機載主3組傳遞對準結果

表2 子/參考主3組傳遞對準結果

根據(jù)表1、表2可獲取對準誤差結果，如表3、表4所示。

表3 子/機載主、子/參考主安裝誤差角差值

表4 參考/機載主3組安裝誤差值

將表3、表4的數(shù)據(jù)代入式(11)，可以計算出對準誤差δφ，可完成基于雙主慣導的傳遞對準精度評估，結果如表5所示。

表5 傳遞對準精度評估結果

由表5可知，以雙主慣導的安裝誤差為參考基準，估計出來的對準誤差δφ最大誤差值為0.082°，標準偏差σφ<0.1°，定量給出傳遞對準估計誤差精度，能夠滿足機載導彈武器系統(tǒng)工程應用技術指標要求，驗證了該傳遞對準方法的有效性。同時也表明該傳遞對準精度評估方案的工程應用性，能夠實現(xiàn)對機載慣導傳遞對準精度的評估。

4 結束語

提出了基于雙主慣導的傳遞對準精度評估方法，并通過實際的飛行試驗進行了評估驗證。試驗結果表明：該傳遞對準精度評估方法能夠直觀、有效衡量傳遞對準精度，具備實際的工程應用價值。