第六章-光学捷联惯导系统初始对准(20121122)要点

传递对准所采用的方法就是通过比较主、子惯导的
输出值来进行误差量的估计，也就是通常所指的匹配方 式。一般来说，传递对准可分为两大类：一类是计算参 数匹配法：另一类是测量参数匹配法。计算参数匹配法 把失准角当做一个整体，利用主、子惯性导航系统计算 出的信息，如位置之差、速度之差对子惯导进行对准； 测量参数匹配法则是利用主、子惯性导航系统测得的角
L为惯导系统所处位置的地理纬度。水平误差角的估计误 差是由加速度计的误差引起，方位误差角的估计误差是由 东向陀螺漂移和北向水平误差角的估计误差造成的。
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6.2 自对准技术
多位置对准

基本概念
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6.3 传递对准技术
概述
问题的提出
速度之差和比力之差来对失准角进行估计。
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6.3 传递对准技术
传递对准匹配方式
一般来说，测量参数匹配法由于方法直接，其快速
性由于计算参数匹配法，但对载体结构挠曲运动计算参 数匹配法要敏感，即在同等条件下，其精度要低于计算 参数匹配法。 常见的匹配算法包括位置匹配法、速度匹配法、积 分速度匹配法、双积分速度匹配法、比力匹配法、角速 度匹配法、积分角速度匹配法等。
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6.2 自对准技术
惯组误差补偿 导航参数 误差补偿 速度参数 对准结果
惯组
导航解算
Kalman滤波
零速
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6.2 自对准技术
对准精度分析
1 N ( VE 2 D VN E ) g
1 E ( VN 2 D VE N ) g

按基座运动状态的不同:

静基座对准

动基座对准
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6.1 捷联惯导系统初始对准基本原理
初始对准的分类及要求
按对外信息需求的不同：


自主式对准

非自主式对准
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6.1 捷联惯导系统初始对准基本原理
初始对准的分类及要求

自主式对准指惯导系统依靠重力矢量和地球自
b 的测量值 b 由于在载体系中只能得到 g b 和 ie g
b 和 ie ，按照上式只能计算出 Cbn 的估计值 Cbn 。
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6.2 自对准技术
精对准
经过粗对准后，得到的初始捷联矩阵还不准确，即存在姿 态误差，精对准阶段就是要对姿态角误差做出估计并进行修正， 从而获得准确的捷联矩阵。可以基于第四章和第五章述及的误 差方程和卡尔曼滤波进行姿态误差估计和修正。
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光学惯性测量与导航系统
Optic Inertial Measurement & Navigation Sy代宏 讲师
张小跃 讲师
电 话： 9664，6542-823
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第六章 光学捷联惯导系统初始对准
解决方法

直接装订 匹配对准
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6.3 传递对准技术
概述
动基座对准通常是在载体运动状态下进行的。由
于载体运动和各种环境扰动的影响，在动基座初始对 准过程中一般不采用自主对准，而是利用高精度的主 惯导来实现如机载导弹或舰载机等载体上子惯导的初 始对准，这种将外部基准信息传递给惯性导航系统使 其进行对准的方法即为传递对准。
6.3 传递对准技术
速度匹配对准模型
主惯导
n vm
杆臂补偿
杆臂估计
Z vel
vsn
卡尔曼滤波器
子惯导
预处理 反馈补偿
图6-4 基于速度匹配的传递对准示意图
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6.3 传递对准技术
速度匹配对准模型
根据主、子惯导间的速度关系，且考虑器件误差，则有：
vsn vsn vsn v C [( ) r ] C r v

初始姿态值相对而言较难得到，这时需依赖惯导系统的初
始对准过程来实现。

初始对准的精度、对准时间直接影响导航系统精度和准备
时间，所以初始对准技术一直是惯导系统的关键技术之一。
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6.1 捷联惯导系统初始对准基本原理
初始对准的分类及要求

初始对准一般可分为以下几类：
6.3 传递对准技术
速度匹配对准模型
主惯导的速度可采用以下方式补偿：
n n n m m ˆm v vm Cm [(im ie )rm]
（6-31）
m m m m r r r 式中， ，r 为杆臂矢经真实值， r m 为杆臂误
差。
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n m n m m im m ie m n m m n s
（6-32）
由式（6-32）减去式（6-31）可得速度匹配的观测值
n ˆm Z vel vsn v n m m n m Cm [(im ie ) r m ] Cm r vsn
（6-33）
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6.2 自对准技术
直接得到姿态矩阵：
g n n T Cb ie n n T g ie
n T 1
g b T b T ie b b T g ie
b T b 1 由于C b 是正交矩阵，存在关系 Cn Cn Cbn ，对上式各
n
式分别转置得：
g g C C g g
b T n T n b b T ie b n T ie n b b T ie n
n T ie
6.2 自对准技术
解析式粗对准
粗对准阶段的首要要求是快速性，对精度的要求较低。在进
行解析式粗对准时，要求载车静止，同时要求当地的经度、纬 度为已知量。 这样，重力加速度g和地球自转角速率在导航坐 标系中的分量是确定的常值，在载体坐标系中的分量也可以通 过惯性器件测得。通过惯性器件的测量值可以直接计算出初始 捷联矩阵。
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6.2 自对准技术
根据载体系和导航系之间的坐标变换关系，可以得到以下三个
关系式:
b n g b Cn g b b n ie Cn ie
b b n n g b ie Cn g ie
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6.2 自对准技术
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6.3 传递对准技术
概述
传递对准的基本思想是以精度高的主惯导信息为
基准，通过比较主惯导与子惯导的输出信息，并采用 合适的滤波算法来得到子惯导误差参数的估计值，从 而对子惯导误差进行补偿。
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6.3 传递对准技术
传递对准匹配方式
6.3 传递对准技术
速度匹配对准模型
由上式可见，速度之差除 vsn 为系统误差状态项以
n m m Cm [(im ie ) r m ] 和 C n r m 均为观测误差。从精确建模 外， m
的角度着手，可将 r m 列为系统状态进行估计。由于振
r m 可表示为静态分量 rcm 动和挠曲变形等因素的影响，

6.1 捷联惯导系统初始对准基本原理 6.2 自对准技术

6.3 传递对准技术
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6.1 捷联惯导系统初始对准基本原理

惯性导航系统是一种积分推算系统，这就需要预先给定积
分初始值（包括位置、速度和姿态）。

载体的位置与速度初值较易得到，如在静止状态下开始导
航时，初始速度为零，也可利用外部数据直接装订。
Cbn
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6.2 自对准技术
把上式改写成矩阵形式：
g b T g n T n b T n T ie ie Cb b n b T n T g ie g ie
VN
VU
E N
U
b b b Bx By Bz
b x
b y
b z
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6.2 自对准技术
选取速度误差为观测量，所建立的系统观测方程为：
Z t HX t t 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 X a E X 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 b N 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Xc U
1 E 2 D ( VN 3D VE 2D VN D E ) g N N
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6.2 自对准技术
E g N N E g D E E tgL g N
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6.2 自对准技术
对准中仅将陀螺漂移和加速度零偏的 随机常数部分列入状态：
b Bi 0,(i x, y, z )
b i 0,(i x, y, z )
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6.2 自对准技术
取状态变量为：