捷聯(lián)式慣導系統(tǒng)的機載安裝誤差對導航精度的影響研究

limao164 2023-11-11 發(fā)布于四川

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引言

捷聯(lián)式慣導系統(tǒng)（strapdown inertial navigation system，SINS）省掉了機電式的慣性平臺，所以，體積、重量、成本都大大降低?，F(xiàn)在，SINS被廣泛應用于各類飛行器上，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，捷聯(lián)式系統(tǒng)的應用也越來越廣泛。按照工作原理，慣性測量組件（IMU）—陀螺儀和加速度計的組合體應該安裝在飛行器的質心位置，并且，3只加速度計和3只陀螺儀的3個測量軸應該和機體坐標系的3個軸完全一致，但是，實際的安裝過程中總會存在安裝誤差，這必將對慣導系統(tǒng)的精度產(chǎn)生影響。隨著人們對SINS的精度的要求不斷提高，對機載安裝誤差的研究已經(jīng)成為捷聯(lián)慣性技術領域中的重要研究方向。

目前，國內(nèi)外一些大學和科研機構針對機載安裝誤差的研究工作取得了不少進展，這些工作主要集中在對機載位置安裝誤差（桿臂效應）的研究上。本文深入研究了SINS安裝誤差對導航系統(tǒng)精度的影響，推導出角安裝誤差和位置安裝誤差同時存在時系統(tǒng)的誤差模型，并結合慣導基本方程和誤差傳播方程，針對飛機平飛和勻加速偏航圓周飛行以及按某一復雜航跡飛行這3種情況開展了研究。仿真結果表明：機載安裝誤差對SINS產(chǎn)生影響的大小取決于飛機的機動狀態(tài)和安裝誤差的大小，所得結果能為動基座慣導初始對準和系統(tǒng)進行補償與修正的研究提供有效的依據(jù)。

1、機載安裝誤差影響分析

在機載IMU的安裝過程中，由于機體的質心位置已經(jīng)安裝有其他機載設備，使IMU的安裝位置一般不得不偏離飛機質心一段距離，或者在安裝過程時出現(xiàn)人為的偏差，這些都會導致安裝誤差的出現(xiàn)，可歸納為以下3種情況：

1）加速度計和陀螺儀的安裝位置偏離飛行器質心一小段距離;

2） 3只加速度計和3只陀螺儀的測量軸坐標系非正交，并和殼體坐標系（標定的IMU坐標系）存在角誤差。

3）殼體坐標系和機體坐標系存在角誤差。

通常，（2），（3）2種情況被稱為IMU安裝角誤差，（1）被稱為安裝位置誤差。安裝位置誤差會引起加速度計輸出中的附加干擾加速度，安裝角誤差不僅會引起附加干擾加速度，還會引起陀螺儀輸出中的陀螺漂移。

1.1 機載安裝位置誤差影響分析

當慣導系統(tǒng)的慣性測量部件安裝偏離飛機的質心一小段距離時，雖然陀螺儀的輸出不會受到影響，但是，由于存在切向加速度和向心加速度，會引起加速度計的測量誤差，這種現(xiàn)象稱為“桿臂效應”，如果基座安裝位置偏離飛機質心一小段距離rp，如圖1所示。