車載慣導(dǎo)平臺(tái)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-03-12 04:55 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 對(duì)準(zhǔn)過程中，一般還要求算出陀螺的偏置量，即測(cè)漂。 機(jī)載光電跟瞄平臺(tái)在飛機(jī)火力控制系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用 , 它能夠在機(jī)載環(huán)境下迅速捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。由于機(jī)載環(huán)境下干擾嚴(yán)重 , 而跟瞄平臺(tái)自身的跟蹤精度要求又較高 , 所以平臺(tái)的穩(wěn)定性與跟蹤控制方法的優(yōu)劣直接決定著平臺(tái)的性能。為了精確的控制平臺(tái)光學(xué)系統(tǒng)的視軸 , 使其在隔離擾動(dòng)的同時(shí)準(zhǔn)確跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo) , 人們采用了多種控制方法。機(jī)載光電跟瞄平臺(tái)的功能是捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)飛機(jī)所處 空域內(nèi)的目標(biāo) , 如飛機(jī)、車輛、房屋等。平臺(tái)主要由光電探測(cè)器、跟蹤伺服平臺(tái)、電子設(shè)備和慣性元件組成。 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一種完全自主式的導(dǎo)航系統(tǒng) ,以其不依賴任何外界信息的優(yōu)勢(shì) ,被應(yīng)用于越來越多的場合 ,所以提高系統(tǒng)的導(dǎo)航精度變得日益重要。針對(duì)這一問題 ,實(shí)現(xiàn)了慣導(dǎo)平臺(tái)車載試驗(yàn)的仿真系統(tǒng) ,并對(duì)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差模型參數(shù)的辨識(shí)方法進(jìn)行了研究。 介紹了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的工作原理和導(dǎo)航誤差方程 ,建立了慣導(dǎo)平臺(tái)車載試驗(yàn)仿真系統(tǒng)各仿真模塊的數(shù)學(xué)模型。論文重點(diǎn)完成了慣導(dǎo)平臺(tái)車載試驗(yàn)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) ,在設(shè)計(jì)上主要實(shí)現(xiàn)了以下功能 :它可根 據(jù)用戶需求完成外測(cè)數(shù)據(jù) (即載車的航跡 )的生成、系統(tǒng)誤差設(shè)置 。提供了導(dǎo)航信息顯示功能 ,可供用戶直觀地查看導(dǎo)航信息的變化情況。在實(shí)現(xiàn)過程中 ,為了提高軟件的開發(fā)效率 ,在分析比較了幾種 Matlab與 VC++之間混合編程方法的優(yōu)缺點(diǎn)之后 ,該仿真平臺(tái)決定采用 Mat來實(shí)現(xiàn) Matlab之間的混合編程。在利用車載試驗(yàn)對(duì)慣性導(dǎo)航誤差模型辨識(shí)時(shí) ,首先建立了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差模型 ,然后用傳統(tǒng)的經(jīng)典最小二乘方法對(duì)誤差模型參數(shù)進(jìn)行了辨識(shí) ,辨識(shí)效果不好 ,經(jīng)分析原因是系統(tǒng)存在嚴(yán)重的復(fù)共線性。因此采用偏最小二乘方法對(duì)誤差模型參數(shù)進(jìn)行辨 識(shí) ,得到更高的辨識(shí)精度。 慣導(dǎo)平臺(tái)車載試驗(yàn)的仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了分析平臺(tái)系統(tǒng)誤差及外測(cè)信號(hào)精度對(duì)導(dǎo)航精度影響的目的 ,可以直觀地看出導(dǎo)航信息的實(shí)時(shí)變化。此仿真系統(tǒng)可供從事慣性導(dǎo)航系統(tǒng)研究、設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員使用 ,也可以供相關(guān)專業(yè)人員作學(xué)習(xí)仿真使用。 3 本文研究的背景和目的 為加速度計(jì)提供一個(gè)準(zhǔn)確的安裝基準(zhǔn)和測(cè)量基準(zhǔn)，以保證不管載體姿態(tài)發(fā)生多大變化，平臺(tái)相對(duì)于慣性參考坐標(biāo)系的方向始終保持不變，即三個(gè)加速度計(jì)的空間指向是不變的。例如，某些飛機(jī)上的慣導(dǎo)系統(tǒng)要求這個(gè)穩(wěn)定平臺(tái)在方位上要對(duì)正北向，在平面上要和當(dāng)?shù)?水平面平行，使平臺(tái)的三個(gè)軸正好指向東、北、西三個(gè)方向。能夠?qū)崿F(xiàn)這一要求的，只有陀螺儀，所以也叫陀螺穩(wěn)定平臺(tái)。陀螺也就成為穩(wěn)定平臺(tái)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的核心部件。正因?yàn)橛辛诉@樣一個(gè)基準(zhǔn)平臺(tái)，飛機(jī)相對(duì)該平臺(tái)在方位上的偏角反映了航向，飛機(jī)相對(duì)該平臺(tái)在水平兩個(gè)軸向上的偏角反映了俯仰和傾斜（橫滾）。所以穩(wěn)定平臺(tái)代替了地平儀、羅盤或航向姿態(tài)系統(tǒng)的功能 . 慣性導(dǎo)航的基礎(chǔ)知識(shí) 地球表面有山脈河流陸地海洋，形成了高低起伏形狀復(fù)雜的不同規(guī)則的物理 實(shí)體，為了導(dǎo)航定位的需要，把地球近似為一 個(gè)能用簡單數(shù)學(xué)公式描述的幾何球體。第二近似是把地球視為旋轉(zhuǎn)橢球，如圖 所示。 圖 近似的地球數(shù)理模型 1222222 ???bzayax （ ） 式中 a為長短軸，在赤道平面內(nèi)； b短半軸，與地球自轉(zhuǎn)重合。 旋轉(zhuǎn)的橢球的扁率為 4 ξ = aba? （ ） 已知其參數(shù)：長半軸 a = 短半軸 b = 橢球度 ξ=1/295 地球的自轉(zhuǎn)和角速度 在慣性空間，地球繞本身的地軸自轉(zhuǎn)，并繞太陽作公轉(zhuǎn)。地球公轉(zhuǎn)一周為一 年，需 365 天，實(shí)際上地球相對(duì)恒星轉(zhuǎn)動(dòng)了 366 次，因此地球在 24 小時(shí)內(nèi)相對(duì) 恒星自轉(zhuǎn)了 1,00274 周。太陽在慣性空間不是恒定不變，但它的旋轉(zhuǎn)影響可以忽略不計(jì)。 地球的自轉(zhuǎn)的角速度為 w = *5rad/s 導(dǎo)航用坐標(biāo)系 宇宙間任何物體的運(yùn)動(dòng)都是相對(duì)的，因此運(yùn)載體的運(yùn)動(dòng)和導(dǎo)航定位，均 需研 究它們相對(duì)坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)與位置。在慣性導(dǎo)航中常用的坐標(biāo)系由下列 7種： (1) 地心慣性坐標(biāo)系（簡稱 i系）坐標(biāo)系原點(diǎn)為 O,設(shè)在地球的中心， X i軸和Yi 軸在地球赤道平面內(nèi)。 Xi軸指向春分點(diǎn)， Zi軸指向地球極軸。春分點(diǎn)為天文測(cè)量中確定恒星時(shí)的起點(diǎn)。由此構(gòu)成的右手直角坐標(biāo)系 OXYZ即為地心慣性坐標(biāo)系。 (2) 地球坐標(biāo)系（簡稱 e系） 坐標(biāo)系的原點(diǎn)取在地球中心，與地球固聯(lián)， Ze軸指向地球極軸 ,Xe軸和 Ye軸位于赤道平面，且 Xe軸通過零子午線。由此構(gòu)成的右手直角坐標(biāo)系 OXYZ即為地球坐標(biāo)系。 (3) 地理坐標(biāo)系（簡稱 g 系）坐標(biāo)系的原點(diǎn)取在運(yùn)載體重心。 Yg軸指向東，即 E； Yg軸指向北，即 N； Zg軸指向地，即 D。此時(shí)的地理坐標(biāo)系常表示為右手直角坐標(biāo)系 OEND，即東北地坐標(biāo)系。有時(shí)采用 ONEZ坐標(biāo)系，即北東天坐標(biāo)系，Zg軸指向天頂。本篇論文除特別說明外，均采用 OEND坐標(biāo)系。 (4) 運(yùn)載體坐標(biāo)系（簡稱 b系） 坐標(biāo)系的原點(diǎn)取在運(yùn)載體重心，并與運(yùn)載體固聯(lián)。 Yb軸指向運(yùn)載體的縱軸方 向； Zb軸指向運(yùn)載體的豎軸方向，由此構(gòu)成的右手直角坐標(biāo)系為運(yùn)載 體坐標(biāo)系，可簡稱為載體坐標(biāo)系。運(yùn)載體為艦艇時(shí) ,b系即為艦艇 坐標(biāo)系。 (5) 平臺(tái)坐標(biāo)系（簡稱 p系）與慣導(dǎo)系統(tǒng)中的物理平臺(tái)（平臺(tái)式系統(tǒng)）或數(shù)學(xué)平臺(tái) (捷聯(lián)式系統(tǒng) )固聯(lián)的右手直角坐標(biāo)系 OXYZ稱為平臺(tái)坐標(biāo)系 . (6) 導(dǎo)航坐標(biāo)系（簡稱 t 系） 5 導(dǎo)航坐標(biāo)系為慣導(dǎo)系統(tǒng)在求解導(dǎo)航參數(shù)時(shí)所采用的坐標(biāo)系。對(duì)平臺(tái)式慣導(dǎo)系 統(tǒng)來說，理想的平臺(tái)坐標(biāo)系就是導(dǎo)航坐標(biāo)系。指北半解析式慣導(dǎo)系統(tǒng)中平臺(tái)的理 想指向?yàn)榈乩碜鴺?biāo)系，則該系統(tǒng)中的導(dǎo)航坐標(biāo)系即
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