車載慣導平臺設計(編輯修改稿)
2025-03-12 04:55 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 對準過程中，一般還要求算出陀螺的偏置量，即測漂。 機載光電跟瞄平臺在飛機火力控制系統(tǒng)、導航系統(tǒng)中有廣泛的應用 , 它能夠在機載環(huán)境下迅速捕獲、跟蹤、瞄準運動目標。由于機載環(huán)境下干擾嚴重 , 而跟瞄平臺自身的跟蹤精度要求又較高 , 所以平臺的穩(wěn)定性與跟蹤控制方法的優(yōu)劣直接決定著平臺的性能。為了精確的控制平臺光學系統(tǒng)的視軸 , 使其在隔離擾動的同時準確跟蹤運動目標 , 人們采用了多種控制方法。機載光電跟瞄平臺的功能是捕獲、跟蹤、瞄準飛機所處 空域內(nèi)的目標 , 如飛機、車輛、房屋等。平臺主要由光電探測器、跟蹤伺服平臺、電子設備和慣性元件組成。 慣性導航系統(tǒng)是一種完全自主式的導航系統(tǒng) ,以其不依賴任何外界信息的優(yōu)勢 ,被應用于越來越多的場合 ,所以提高系統(tǒng)的導航精度變得日益重要。針對這一問題 ,實現(xiàn)了慣導平臺車載試驗的仿真系統(tǒng) ,并對慣性導航系統(tǒng)的誤差模型參數(shù)的辨識方法進行了研究。 介紹了慣性導航系統(tǒng)的工作原理和導航誤差方程 ,建立了慣導平臺車載試驗仿真系統(tǒng)各仿真模塊的數(shù)學模型。論文重點完成了慣導平臺車載試驗仿真系統(tǒng)的設計和實現(xiàn) ,在設計上主要實現(xiàn)了以下功能 :它可根 據(jù)用戶需求完成外測數(shù)據(jù) (即載車的航跡 )的生成、系統(tǒng)誤差設置 。提供了導航信息顯示功能 ,可供用戶直觀地查看導航信息的變化情況。在實現(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)缺點之后 ,該仿真平臺決定采用 Mat來實現(xiàn) Matlab之間的混合編程。在利用車載試驗對慣性導航誤差模型辨識時 ,首先建立了慣性導航系統(tǒng)的誤差模型 ,然后用傳統(tǒng)的經(jīng)典最小二乘方法對誤差模型參數(shù)進行了辨識 ,辨識效果不好 ,經(jīng)分析原因是系統(tǒng)存在嚴重的復共線性。因此采用偏最小二乘方法對誤差模型參數(shù)進行辨 識 ,得到更高的辨識精度。 慣導平臺車載試驗的仿真系統(tǒng)實現(xiàn)了分析平臺系統(tǒng)誤差及外測信號精度對導航精度影響的目的 ,可以直觀地看出導航信息的實時變化。此仿真系統(tǒng)可供從事慣性導航系統(tǒng)研究、設計的工程技術人員使用 ,也可以供相關專業(yè)人員作學習仿真使用。 3 本文研究的背景和目的 為加速度計提供一個準確的安裝基準和測量基準，以保證不管載體姿態(tài)發(fā)生多大變化，平臺相對于慣性參考坐標系的方向始終保持不變，即三個加速度計的空間指向是不變的。例如，某些飛機上的慣導系統(tǒng)要求這個穩(wěn)定平臺在方位上要對正北向，在平面上要和當?shù)?水平面平行，使平臺的三個軸正好指向東、北、西三個方向。能夠實現(xiàn)這一要求的，只有陀螺儀，所以也叫陀螺穩(wěn)定平臺。陀螺也就成為穩(wěn)定平臺和慣性導航系統(tǒng)的核心部件。正因為有了這樣一個基準平臺，飛機相對該平臺在方位上的偏角反映了航向，飛機相對該平臺在水平兩個軸向上的偏角反映了俯仰和傾斜（橫滾）。所以穩(wěn)定平臺代替了地平儀、羅盤或航向姿態(tài)系統(tǒng)的功能 . 慣性導航的基礎知識 地球表面有山脈河流陸地海洋，形成了高低起伏形狀復雜的不同規(guī)則的物理 實體，為了導航定位的需要，把地球近似為一 個能用簡單數(shù)學公式描述的幾何球體。第二近似是把地球視為旋轉橢球，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，與地球自轉重合。 旋轉的橢球的扁率為 4 ξ = aba? （ ） 已知其參數(shù)：長半軸 a = 短半軸 b = 橢球度 ξ=1/295 地球的自轉和角速度 在慣性空間，地球繞本身的地軸自轉，并繞太陽作公轉。地球公轉一周為一 年，需 365 天，實際上地球相對恒星轉動了 366 次，因此地球在 24 小時內(nèi)相對 恒星自轉了 1,00274 周。太陽在慣性空間不是恒定不變，但它的旋轉影響可以忽略不計。 地球的自轉的角速度為 w = *5rad/s 導航用坐標系 宇宙間任何物體的運動都是相對的，因此運載體的運動和導航定位，均 需研 究它們相對坐標系的運動與位置。在慣性導航中常用的坐標系由下列 7種： (1) 地心慣性坐標系（簡稱 i系）坐標系原點為 O,設在地球的中心， X i軸和Yi 軸在地球赤道平面內(nèi)。 Xi軸指向春分點， Zi軸指向地球極軸。春分點為天文測量中確定恒星時的起點。由此構成的右手直角坐標系 OXYZ即為地心慣性坐標系。 (2) 地球坐標系（簡稱 e系） 坐標系的原點取在地球中心，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。由此構成的右手直角坐標系 OXYZ即為地球坐標系。 (3) 地理坐標系（簡稱 g 系）坐標系的原點取在運載體重心。 Yg軸指向東，即 E； Yg軸指向北，即 N； Zg軸指向地，即 D。此時的地理坐標系常表示為右手直角坐標系 OEND，即東北地坐標系。有時采用 ONEZ坐標系，即北東天坐標系，Zg軸指向天頂。本篇論文除特別說明外，均采用 OEND坐標系。 (4) 運載體坐標系（簡稱 b系） 坐標系的原點取在運載體重心，并與運載體固聯(lián)。 Yb軸指向運載體的縱軸方 向； Zb軸指向運載體的豎軸方向，由此構成的右手直角坐標系為運載 體坐標系，可簡稱為載體坐標系。運載體為艦艇時 ,b系即為艦艇 坐標系。 (5) 平臺坐標系（簡稱 p系）與慣導系統(tǒng)中的物理平臺（平臺式系統(tǒng)）或數(shù)學平臺 (捷聯(lián)式系統(tǒng) )固聯(lián)的右手直角坐標系 OXYZ稱為平臺坐標系 . (6) 導航坐標系（簡稱 t 系） 5 導航坐標系為慣導系統(tǒng)在求解導航參數(shù)時所采用的坐標系。對平臺式慣導系 統(tǒng)來說，理想的平臺坐標系就是導航坐標系。指北半解析式慣導系統(tǒng)中平臺的理 想指向為地理坐標系，則該系統(tǒng)中的導航坐標系即
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