弹载捷联惯导系统圆锥误差和尺寸效应误差研究

摘要

精确制导炮弹凭借精度高、成本低、对点目标攻击能力强的优点成为现代战争中最重要的作战武器之一。随着微机电系统（MEMS，Micro Electronic Mechanic System）技术的迅猛发展，由MEMS惯性器件构成的微惯性导航系统(MINS，Micro InertialNavigation System)凭借体积小、精度高、成本低廉的优势在武器制导系统中得到越来越广泛的应用。因此，发展基于MINS的精确制导炮弹可实现常规火炮武器系统作战性能的提高。针对制导炮弹用捷联惯导系统高旋、高动态的工作背景，本文研究了弹载捷联惯导系统的圆锥误差和尺寸效应误差，主要内容为: 1.介绍炮弹常用坐标系及其之间的转换，推导惯导姿态、导航解算算法和惯导误差方程，介绍数据融合技术。 2.建立尺寸效应误差模型，分析误差影响。提出基于利用速度误差观测标定尺寸效应误差的方法，并通过仿真分析了影响标定精度的因素。通过编制MIMU标定时特殊位置，提出一种解析标定法。由误差模型，推导尺寸效应补偿算法。并最终利用转台完成标定实验。 3.研究捷联惯导系统圆锥误差的产生机理，推导基于角速率输入的旋转矢量算法并在标准圆锥运动条件下对其优化化。提出了两种改进的旋转矢量优化算法并仿真验证算法效果。 4.推导弹道仿真数据生成过程，在弹道环境下完成推导的旋转矢量算法的数值仿真。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 炮弹制导方式发展概述

1．3 尺寸效应补偿算法

1．4 圆锥补偿算法

1．5 MEMS惯性传感器和MIMU

1．6 论文主要研究内容和结构安排

2 弹载捷联惯导基本原理及数据融合技术

2．1 制导炮弹常用坐标系及其变换

2．1．1 制导炮弹常用坐标系

2．1．2 弹用姿态角定义

2．1．3 弹用坐标系之间的转换

2．2 弹载MINS工作原理

2．2．1 制导炮弹用MINS导航参数解算

2．2．2 制导炮弹用MINS导航参数误差分析

2．3 数据融合技术

2．3．1 卡尔曼滤波原理

2．3．2 卡尔曼滤波融合方式

2．4 本章小结

3 MIMU分立标定及尺寸效应误差标定

3．1 MIMU分立标定

3．1．1 MIMU确定性误差分析

3．1．2 MIMU输出模型

3．1．3 MIMU确定性误差标定算法

3．2 尺寸效应分析

3．2．1 建立加速度计尺寸效应模型

3．2．2 尺寸效应误差分析

3．3 基于卡尔曼滤波的尺寸效应误差标定

3．3．1 滤波原理

3．3．2 误差激励方式设计

3．3．3 仿真结果与分析

3．4 解析法标定方案

3．5 尺寸效应补偿算法

3．6 本章小结

4 圆锥误差补偿算法

4．1 圆锥误差分析

4．1．1 锥运动描述

4．1．2 圆锥误差分析

4．2 角速率旋转矢量算法

4．2．1 三子样角速率旋转矢量算法

4．2．2 标准圆锥运动环境下算法优化

4．3 改进圆锥误差补偿算法

4．3．1 利用前一采样周期的角速率改进算法

4．3．2 利用前一采样周期的角增量改进算法

4．4 圆锥误差仿真验证

4．4．1 标准圆锥运动仿真设置

4．4．2 仿真结果与分析

4．5 本章小结

5．实验验证

5．1 全弹道数值仿真实验

5．1．1 全弹道数值仿真姿态角和惯性传感器数据生成

5．1．2 全弹道导航算法仿真

5．2 MIMU误差系数实验室标定

5．2．1 位置实验标定

5．2．2 速率标定实验

5．3 尺寸效应误差标定实验

5．3．1 解析法标定实验结果

5．3．2 卡尔曼滤波标定实验结果

5．3．3 尺寸效应补偿算法实验结果

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 本文的主要工作内容

6．2 后续工作展望

致谢

参考文献

附录