卡爾曼濾波及組合導(dǎo)航原理-初始對(duì)準(zhǔn)

卡爾曼濾波與組合導(dǎo)航原理Theoryof

KalmanFilterandIntegratedNavigation第五章卡爾曼濾波在慣性導(dǎo)航初始對(duì)準(zhǔn)中的應(yīng)用一、慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)概述二、慣導(dǎo)系統(tǒng)的靜基座初始對(duì)準(zhǔn)三、慣導(dǎo)系統(tǒng)的動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)四、慣導(dǎo)系統(tǒng)的傳遞對(duì)準(zhǔn)參考坐標(biāo)系1、建立參考坐標(biāo)系的意義宇宙間的一切物體都是在不斷地運(yùn)動(dòng),但對(duì)單個(gè)物體是無(wú)運(yùn)動(dòng)可言的,只有在相對(duì)的意義下才可以談運(yùn)動(dòng).一個(gè)物體在空間的位置只能相對(duì)于另一個(gè)物體而確定,這樣,后一個(gè)物體就構(gòu)成了描述前一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)的參考系.參考系通常采用直角坐標(biāo)系來(lái)代表,稱為參考坐標(biāo)系或簡(jiǎn)稱參考系.在研究陀螺儀或運(yùn)載體的運(yùn)動(dòng)時(shí),同樣需要有參考坐標(biāo)系才成.陀螺儀最重要的功用之一就是用它在運(yùn)載體上模擬地理坐標(biāo)系或慣性坐標(biāo)系。常用坐標(biāo)系：地心慣性坐標(biāo)系、地球坐標(biāo)系、地理坐標(biāo)系、載體坐標(biāo)系。參考坐標(biāo)系2、幾個(gè)參考坐標(biāo)系的定義★慣性坐標(biāo)系通常把使得牛頓力學(xué)定律成立的參考坐標(biāo)系,稱為慣性坐標(biāo)系，簡(jiǎn)稱慣性系；根據(jù)選取的坐標(biāo)系原點(diǎn)不同，分為日心慣性坐標(biāo)系和地心慣性坐標(biāo)系。日心慣性坐標(biāo)系：原點(diǎn)取在太陽(yáng)的中心,三根軸指向確定的恒星。地心慣性坐標(biāo)系（OXiYiZi）：原點(diǎn)取在地球的中心,Xi和Yi軸位于赤道平面內(nèi)并指向確定的恒星，Zi軸與地軸（地球自轉(zhuǎn)軸）重合。地心慣性坐標(biāo)系不參與地球自轉(zhuǎn)。慣性空間：慣性坐標(biāo)系三根軸所代表的空間。XYZ赤道參考坐標(biāo)系★地球坐標(biāo)系（OXeYeZe）與地球固連，原點(diǎn)取在地球的中心,Xe和Ye軸位于赤道平面內(nèi)，分別指向本初子午線和東經(jīng)90°子午線，Ze軸與地軸重合。地球坐標(biāo)系參與地球自轉(zhuǎn)，它相對(duì)于慣性坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度就等于地球自轉(zhuǎn)角速度。地球相對(duì)慣性空間的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以用地球坐標(biāo)系相對(duì)于慣性坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)表示。

XeYeZe赤道本初子午線XΩ*tΩ參考坐標(biāo)系★地理坐標(biāo)系（ONEZ）其原點(diǎn)與運(yùn)載體的重心重合,E軸沿當(dāng)?shù)鼐暰€指東,N軸沿當(dāng)?shù)刈游缇€指北,Z軸沿當(dāng)?shù)氐卮咕€指天.其中E軸與N軸構(gòu)成的平面即為當(dāng)?shù)厮矫?N軸與Z軸構(gòu)成的平面即為當(dāng)?shù)刈游缑?這種地理坐標(biāo)系是跟隨運(yùn)載體運(yùn)動(dòng)的,更確切地說(shuō)應(yīng)稱為動(dòng)地理坐標(biāo)系或當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系.1參考坐標(biāo)系當(dāng)運(yùn)載體在地球上運(yùn)動(dòng)時(shí),運(yùn)載體相對(duì)地球的位置不斷改變;而地球上不同地點(diǎn)的地理坐標(biāo)系,其相對(duì)地球坐標(biāo)系的角位置是不相同的.也就是說(shuō)，運(yùn)載體相對(duì)地球運(yùn)動(dòng)引起地理坐標(biāo)系相對(duì)地球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)動(dòng).這時(shí)地理坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度應(yīng)包括兩個(gè)部分：一是地理坐標(biāo)系相對(duì)地球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度:另一是地球坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度.地理坐標(biāo)系的三根軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系，可以按“北、東、天”、“北、西、天”或“北、東、地”順序構(gòu)成。參考坐標(biāo)系★載體坐標(biāo)系（OXbYbZb）與載體固連，其原點(diǎn)與載體的重心重合,Xb軸沿載體縱軸方向,Yb軸沿載體橫軸方向，Zb軸沿載體豎軸方向。

XbYbZb實(shí)現(xiàn)慣導(dǎo)要解決的幾個(gè)問(wèn)題平臺(tái)跟蹤坐標(biāo)系平臺(tái)跟蹤什么樣的坐標(biāo)系是平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的首要問(wèn)題舒勒擺原理在慣導(dǎo)系統(tǒng)中的應(yīng)用普通地平液體擺做敏感元件受加速度影響較大，需用舒勒擺原理有害加速度的消除消除由于地球自轉(zhuǎn)、飛機(jī)飛行引起的牽連、哥氏、重力加速度等初始對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題慣導(dǎo)系統(tǒng)要正確而精確的工作，必須精確給定初始條件捷聯(lián)慣導(dǎo)解算問(wèn)題數(shù)學(xué)平臺(tái)代替機(jī)電平臺(tái)一、慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)概述1.1初始對(duì)準(zhǔn)的必要性慣導(dǎo)系統(tǒng)的問(wèn)題理

論

問(wèn)

題工

程

技

術(shù)

問(wèn)

題理論、方法、指導(dǎo)難度（實(shí)現(xiàn)）基本解決一、慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)概述1.1初始對(duì)準(zhǔn)的必要性（續(xù)）慣導(dǎo)系統(tǒng)慣導(dǎo)系統(tǒng)硬件慣導(dǎo)系統(tǒng)軟件慣性儀表儀表誤差補(bǔ)償導(dǎo)航算法初始對(duì)準(zhǔn)姿態(tài)矩陣計(jì)算一、慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)概述1.1初始對(duì)準(zhǔn)的必要性（續(xù)）為什么需要進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)∫∫加速度計(jì)∫ZXY積分運(yùn)算必須知道初始值！初始對(duì)準(zhǔn)1.2初始對(duì)準(zhǔn)的分類對(duì)外信息的需求對(duì)準(zhǔn)軸系基座運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)準(zhǔn)階段精對(duì)準(zhǔn)粗對(duì)準(zhǔn)方位對(duì)準(zhǔn)水平對(duì)準(zhǔn)自主對(duì)準(zhǔn)非自主對(duì)準(zhǔn)靜基座動(dòng)基座一、慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)概述1.3初始對(duì)準(zhǔn)的要求初始對(duì)準(zhǔn)的要求對(duì)準(zhǔn)精度對(duì)準(zhǔn)時(shí)間快又準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn)精度與對(duì)準(zhǔn)時(shí)間相互制約，不同場(chǎng)合側(cè)重點(diǎn)不同初始對(duì)準(zhǔn)的發(fā)展新的濾波方法可觀測(cè)性分析和可觀測(cè)度研究自適應(yīng)濾波H∞濾波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性濾波預(yù)測(cè)濾波從根本提高對(duì)準(zhǔn)的精度和速度一、慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)概述1.4初始對(duì)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢(shì)第五章卡爾曼濾波在慣性導(dǎo)航初始對(duì)準(zhǔn)中的應(yīng)用一、慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)概述二、慣導(dǎo)系統(tǒng)的靜基座初始對(duì)準(zhǔn)三、慣導(dǎo)系統(tǒng)的動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)四、慣導(dǎo)系統(tǒng)的傳遞對(duì)準(zhǔn)二、慣導(dǎo)系統(tǒng)的靜基座初始對(duì)準(zhǔn)方法靜基座初始對(duì)準(zhǔn)方案2.2慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差方程2.3卡爾曼濾波方程的建立2.4計(jì)算機(jī)仿真研究2.5粗對(duì)準(zhǔn)與精對(duì)準(zhǔn)2.1靜基座初始對(duì)準(zhǔn)的可觀測(cè)度分析2.6提高靜基座初始對(duì)準(zhǔn)精度與速度的方法2.7二、慣導(dǎo)系統(tǒng)的靜基座初始對(duì)準(zhǔn)方法2.1粗對(duì)準(zhǔn)與精對(duì)準(zhǔn)根據(jù)對(duì)準(zhǔn)精度的要求，靜基座對(duì)準(zhǔn)過(guò)程分為：粗對(duì)準(zhǔn)精對(duì)準(zhǔn)要求盡快地將平臺(tái)調(diào)整到一個(gè)精度范圍內(nèi)，縮短對(duì)準(zhǔn)時(shí)間是主要指標(biāo)在粗對(duì)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)行，對(duì)準(zhǔn)精度是主要指標(biāo)通常在精對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中要進(jìn)行陀螺的測(cè)漂和定標(biāo)，進(jìn)一步補(bǔ)償陀螺漂移率和標(biāo)定刻度系數(shù)，以提高對(duì)準(zhǔn)精度平臺(tái)，先水平（調(diào)平），后方位，使系統(tǒng)有較好的動(dòng)態(tài)性能捷聯(lián)：精確建立姿態(tài)矩陣—水平和方位對(duì)準(zhǔn)同時(shí)（現(xiàn)代）

—先水平后方位（經(jīng)典）二、慣導(dǎo)系統(tǒng)的靜基座初始對(duì)準(zhǔn)方法2.2靜基座初始對(duì)準(zhǔn)方案靜基座初始對(duì)準(zhǔn)分為兩大類：頻域法或經(jīng)典法最優(yōu)估計(jì)法或卡爾曼濾波法基于經(jīng)典控制理論基于現(xiàn)代控制理論本課程研究的重點(diǎn)！二、慣導(dǎo)系統(tǒng)的靜基座初始對(duì)準(zhǔn)方法2.2靜基座初始對(duì)準(zhǔn)方案(續(xù))慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差根源加速度計(jì)偏置陀螺漂移隨機(jī)誤差慣導(dǎo)系統(tǒng)為隨機(jī)系統(tǒng)若采用狀態(tài)反饋控制，就必須對(duì)狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)！卡爾曼濾波器二、慣導(dǎo)系統(tǒng)的靜基座初始對(duì)準(zhǔn)方法（1）采用KALMAN濾波進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)，就是將平臺(tái)誤差角

ΨN，ΨE，ΨD從隨機(jī)誤差和隨機(jī)干擾中估計(jì)出來(lái)，通過(guò)系統(tǒng)的校正使平臺(tái)坐標(biāo)系與導(dǎo)航坐標(biāo)系對(duì)準(zhǔn)；（2）同時(shí)，盡可能估計(jì)出陀螺漂移和加速度計(jì)偏置；（3）時(shí)間不長(zhǎng)，因此陀螺漂移和加速度計(jì)偏置可看作常值；（4）根據(jù)分離定理，對(duì)隨機(jī)系統(tǒng)的最優(yōu)估計(jì)和最優(yōu)控制可以分開(kāi)單獨(dú)考慮，故可用卡爾曼濾波器對(duì)平臺(tái)誤差角及慣性儀表的誤差進(jìn)行單獨(dú)研究。2.2靜基座初始對(duì)準(zhǔn)方案(續(xù))二、慣導(dǎo)系統(tǒng)的靜基座初始對(duì)準(zhǔn)方法2.3慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差方程慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差源儀表誤差安裝誤差初始條件誤差運(yùn)動(dòng)干擾（有害）其他誤差如地球曲率半徑描述誤差；有害加速度補(bǔ)償中忽略二階小量2.3慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差方程初始對(duì)準(zhǔn)慣導(dǎo)誤差方程基礎(chǔ)慣導(dǎo)誤差方程慣導(dǎo)誤差方程正確反映慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差特性，便于分析和應(yīng)用！Φ角誤差模型Ψ角誤差模型可以證明兩種模型是等價(jià)的！真實(shí)地理坐標(biāo)系法推導(dǎo)方法計(jì)算地理坐標(biāo)系法推導(dǎo)方法Φ角誤差模型和Ψ角誤差模型2.3慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差方程平動(dòng)誤差方程姿態(tài)誤差方程描述慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差特性的微分方程可分為：兩種表示形式變量取為位置誤差變量取為速度誤差兩種表示形式誤差角取為Φ誤差角取為ΨΦ：平臺(tái)坐標(biāo)系與真實(shí)地理坐標(biāo)系之間的誤差角Ψ：平臺(tái)坐標(biāo)系與計(jì)算地理坐標(biāo)系之間的誤差角目前大多采用Ψ角誤差模型和速度誤差表達(dá)形式！2.3慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差方程（1）平動(dòng)誤差不會(huì)耦合到姿態(tài)誤差方程中，特別便于動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題的分析和研究。Ψ角誤差模型+速度誤差表達(dá)形式的優(yōu)點(diǎn)：（2）Φ動(dòng)角可通過(guò)位置誤差和Ψ角得到：

Φ=Ψ+θ（3）靜基座時(shí)，慣導(dǎo)所處地理位置可精確獲得，且對(duì)準(zhǔn)時(shí)間較短，可忽略位置誤差，此時(shí)：

Φ=Ψ2.3慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差方程慣導(dǎo)系統(tǒng)的Ψ角誤差方程：

δV、r和Ψ分別為速度、位置和姿態(tài)矢量

Ω為地球自轉(zhuǎn)角速度

ω為導(dǎo)航坐標(biāo)系相對(duì)慣性坐標(biāo)系的角速度矢量

▽是加速度計(jì)常值偏值，ε是陀螺常值漂移

f是比力，△g是重力矢量計(jì)算誤差，

ρ是地理系相對(duì)地球轉(zhuǎn)動(dòng)速度矢量慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差模型可由下列3個(gè)基本方程表示：（2.3.1）2.3慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差方程慣導(dǎo)系統(tǒng)的Ψ角誤差方程：在北東地坐標(biāo)系中，有：將2.3.2~2.3.4代入2.3.1，可得狀態(tài)空間模型：（2.3.1）（2.3.2）（2.3.3）（2.3.4）2.3慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差方程靜基座初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)，位置和垂直方向速度可準(zhǔn)確知道慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差方程可簡(jiǎn)化為：不完全為白噪聲擴(kuò)充為系統(tǒng)狀態(tài)變量2.3慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差方程

最終可得慣導(dǎo)系統(tǒng)的Ψ角誤差方程：2.3慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差方程

慣導(dǎo)系統(tǒng)的Φ角誤差方程：（2.3.5）將2.3.5微分：（2.3.6）Φ角與Ψ角之間的關(guān)系：2.3慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差方程慣導(dǎo)系統(tǒng)的Ψ角誤差方程：（2.3.7）將2.3.7代入2.3.6，在靜基座條件下，得：（2.3.8）2.3慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差方程靜基座條件下速度誤差方程：（2.3.9）速度誤差定義為計(jì)算速度與真實(shí)速度之差靜基座條件下位置誤差方程：2.3慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差方程

最終可得，平臺(tái)慣導(dǎo)系統(tǒng)的Φ角誤差方程：不考慮δλ平臺(tái)慣導(dǎo)系統(tǒng)的Φ角誤差方程可簡(jiǎn)化為：2.4卡爾曼濾波方程的建立（1）系統(tǒng)方程X系統(tǒng)狀態(tài)向量W系統(tǒng)噪聲向量其中，WδVN。。。WΨD為零均值高斯白噪聲，分別為加速度計(jì)誤差和陀螺漂移的噪聲成分二、慣導(dǎo)系統(tǒng)的靜基座初始對(duì)準(zhǔn)方法2.4卡爾曼濾波方程的建立（1）系統(tǒng)方程系統(tǒng)轉(zhuǎn)移矩陣Ω為地球自轉(zhuǎn)角速度

L為地理緯度2.4卡爾曼濾波方程的建立（2）量測(cè)方程取兩個(gè)水平速度誤差δVN

和δVE為觀測(cè)量即：

Z=[Z1，Z2]=[δVN，δVE]為觀測(cè)量

H為觀測(cè)矩陣

η=[ηN

，ηE]為觀測(cè)方程的隨機(jī)噪聲狀態(tài)矢量為零均值高斯白噪聲2.4卡爾曼濾波方程的建立（3）離散卡爾曼濾波方程或2.5計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果仿真條件:陀螺常值漂移:0.02/h；陀螺隨機(jī)漂移:0.01/h；加速度計(jì)常值偏置:100ug；加速度計(jì)隨機(jī)誤差:50ug；初始失準(zhǔn)角ΨN，ΨE，ΨD:1慣導(dǎo)所處位置的地理緯度：L=45°初始值的選取:X（0）均取為0；P（0）為粗對(duì)準(zhǔn)后，位置、速度、姿態(tài)和慣性器件誤差的方差Q對(duì)應(yīng)陀螺和加速度計(jì)隨機(jī)誤差的方差；R對(duì)應(yīng)量測(cè)隨機(jī)誤差的方差；2.5計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果2.5計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果仿真結(jié)果:2.5計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果分析:收斂速度方面：ΨN和ΨE收斂較快，約20秒，ΨD約5分鐘以上估計(jì)精度方面：ΨN和ΨE的穩(wěn)態(tài)估計(jì)誤差為20“，

ΨD

的穩(wěn)態(tài)估計(jì)誤差為6.48'陀螺漂移的估計(jì)：εN在15分鐘以內(nèi)可以估計(jì)出來(lái)

εD在雖然能勉強(qiáng)估計(jì)出來(lái)，但效果很差

εE估計(jì)不出來(lái)加速度計(jì)偏置的估計(jì)：▽x，▽y也估計(jì)不出來(lái)2.5計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果分析可知:ΨN和ΨE的估計(jì)精度由▽E和▽N決定ΨD的估計(jì)精度由εE決定2.6靜基座對(duì)準(zhǔn)的可觀測(cè)性分析靜基座初始對(duì)準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型：2.6靜基座對(duì)準(zhǔn)的可觀測(cè)性分析根據(jù)線性定常系統(tǒng)可觀測(cè)性判定準(zhǔn)則：系統(tǒng)不完全可觀測(cè)7個(gè)狀態(tài)可觀測(cè)3個(gè)狀態(tài)不可觀測(cè)10個(gè)狀態(tài)變量中哪3個(gè)不可觀測(cè)2.6靜基座對(duì)準(zhǔn)的可觀測(cè)性分析利用奇異值分解來(lái)求秩，可仔細(xì)分析！2.7提高靜基座對(duì)準(zhǔn)精度和速度的方法提高系統(tǒng)可觀測(cè)度快速對(duì)準(zhǔn)方法提高對(duì)準(zhǔn)精度提高對(duì)準(zhǔn)速度慣導(dǎo)誤差模型的前5個(gè)方程如下:①②③④⑤由①和②

得:⑥⑦又有:所以穩(wěn)態(tài)估計(jì)誤差正好為:2.7提高靜基座對(duì)準(zhǔn)精度和速度的方法又由④可

得:將⑥,⑦代入⑧:④⑧⑥⑦由④式可得快速初始對(duì)準(zhǔn)方法:2.7提高靜基座對(duì)準(zhǔn)精度和速度的方法第五章卡爾曼濾波在慣性導(dǎo)航初始對(duì)準(zhǔn)中的應(yīng)用一、慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)概述二、慣導(dǎo)系統(tǒng)的靜基座初始對(duì)準(zhǔn)三、慣導(dǎo)系統(tǒng)的動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)四、慣導(dǎo)系統(tǒng)的傳遞對(duì)準(zhǔn)三、慣導(dǎo)系統(tǒng)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)方法捷聯(lián)慣導(dǎo)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的可觀測(cè)度分析方法研究3.2各種運(yùn)動(dòng)對(duì)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)狀態(tài)變量可觀測(cè)度的影響3.3捷聯(lián)慣導(dǎo)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)最優(yōu)機(jī)動(dòng)方法研究3.4捷聯(lián)慣導(dǎo)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的H∞濾波方法3.5慣導(dǎo)系統(tǒng)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)概述3.1線性定常系統(tǒng)分析和研究簡(jiǎn)單靜基座對(duì)準(zhǔn)慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)非線性時(shí)變系統(tǒng)不確定隨機(jī)干擾提高動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的速度和精度動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)非線性時(shí)變系統(tǒng)狀態(tài)變量可觀測(cè)度分析方法各種運(yùn)動(dòng)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)變量可觀測(cè)度分析的影響最優(yōu)機(jī)動(dòng)方式噪聲統(tǒng)計(jì)模型不準(zhǔn)H∞濾波方法3.1慣導(dǎo)系統(tǒng)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)概述三、慣導(dǎo)系統(tǒng)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)方法捷聯(lián)慣導(dǎo)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的可觀測(cè)度分析方法研究3.2各種運(yùn)動(dòng)對(duì)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)狀態(tài)變量可觀測(cè)度的影響3.3捷聯(lián)慣導(dǎo)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)最優(yōu)機(jī)動(dòng)方法研究3.4捷聯(lián)慣導(dǎo)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的H∞濾波方法3.5慣導(dǎo)系統(tǒng)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)概述3.1系統(tǒng)可觀測(cè)性的定義：如果系統(tǒng)在t0時(shí)刻的狀態(tài)X(t0)能夠從時(shí)間區(qū)間[t0，t1]內(nèi)的輸出Y[t0，t1]中確定出來(lái)，則稱系統(tǒng)為可觀測(cè)，這里[t0，t1]為有限區(qū)間，如果對(duì)任何t0，X(t0)，系統(tǒng)都是可觀的，則稱為完全可觀測(cè)。3.2動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的可觀測(cè)度分析方法線性定常系統(tǒng)分段線性定常系統(tǒng)（PWCS）可觀測(cè)性分析方法根據(jù)線性定常系統(tǒng)可觀測(cè)性判定準(zhǔn)則：系統(tǒng)完全可觀測(cè)系統(tǒng)不完全可觀測(cè)3.2動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的可觀測(cè)度分析方法線性時(shí)變隨機(jī)系統(tǒng)分段線性定常系統(tǒng)（PWCS）可觀測(cè)性分析方法可觀測(cè)性分析非常困難如A(t)和H(t)在每個(gè)區(qū)間tj（j=1,2….）內(nèi)可認(rèn)為不變，則線性時(shí)變系統(tǒng)在tj內(nèi)成為線性定常系統(tǒng)——分段線性定常系統(tǒng)3.2動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的可觀測(cè)度分析方法其中：分段線性定常系統(tǒng)（PWCS）可觀測(cè)性分析方法PWCS的總可觀測(cè)矩陣（TOM）其中：PWCS的提取可觀測(cè)矩陣（SOM）應(yīng)用TOM研究PWCS可觀測(cè)性相當(dāng)麻煩3.2動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的可觀測(cè)度分析方法PWCS的可觀測(cè)性分析步驟：通過(guò)重排X中狀態(tài)變量的次序，將X變換到ξ，再由ξ變換到Y(jié)計(jì)算P=n-R,構(gòu)造US，u(j)計(jì)算提取可觀測(cè)矩陣Qs(j)找出R個(gè)線性獨(dú)立行，構(gòu)造降維SOM——US，0(j)其中：檢查Y1和Y2和與X中狀態(tài)變量的關(guān)系，確定狀態(tài)變量可觀測(cè)性可以確定哪些狀態(tài)可觀測(cè),哪些不可觀測(cè)無(wú)法確定每個(gè)狀態(tài)變量的可觀測(cè)程度3.2動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的可觀測(cè)度分析方法PWCS可觀測(cè)性分析方法特征值越小,對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變量可觀測(cè)度越高必須在Kalman濾波解算之后,計(jì)算量巨大狀態(tài)變量的可觀測(cè)程度才真正反映卡爾曼濾波器進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)時(shí)的收斂速度和收斂精度！JAM提出一種基于特征值和特征向量的可觀測(cè)度分析方法能否找到一種不需事先做卡爾曼濾波運(yùn)算，直接利用可觀測(cè)矩陣實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可觀測(cè)度分析的方法？3.2動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的可觀測(cè)度分析方法基于奇異值分解的系統(tǒng)狀態(tài)變量可觀測(cè)度分析方法！可觀測(cè)矩陣的奇異值越大，其對(duì)應(yīng)的狀態(tài)變量可觀測(cè)度越大！計(jì)算奇異值σi所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)狀態(tài)變量X0計(jì)算可觀測(cè)矩陣的奇異值σi3.2動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的可觀測(cè)度分析方法將運(yùn)動(dòng)過(guò)程分解為r個(gè)系統(tǒng)定常的時(shí)間段計(jì)算第j段的可觀測(cè)矩陣Qs(j)其中：動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型其中：3.2動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的可觀測(cè)度分析方法基于奇異值分解的系統(tǒng)狀態(tài)變量可觀測(cè)度分析方法載體勻速平直運(yùn)動(dòng)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)變量可觀測(cè)度分析3.2動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的可觀測(cè)度分析方法慣導(dǎo)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)時(shí)為線性時(shí)變系統(tǒng)，可觀測(cè)性分析十分復(fù)雜PWCS可觀測(cè)性分析理論與方法可確定狀態(tài)是否可觀測(cè)，無(wú)法確定狀態(tài)的可觀測(cè)程度狀態(tài)的可觀測(cè)程度才是真正反映卡爾曼濾波中狀態(tài)變量估計(jì)的速度和精度基于特征值和特征向量的可觀測(cè)度分析方法，可以確定狀態(tài)變量的可觀測(cè)程度，但是必須在濾波解算之后，計(jì)算量巨大！基于奇異值分解的可觀測(cè)度分析方法，直接利用可觀測(cè)矩陣實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可觀測(cè)度分析結(jié)論：三、慣導(dǎo)系統(tǒng)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)方法捷聯(lián)慣導(dǎo)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的可觀測(cè)度分析方法研究3.2各種運(yùn)動(dòng)對(duì)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)狀態(tài)變量可觀測(cè)度的影響

3.3捷聯(lián)慣導(dǎo)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)最優(yōu)機(jī)動(dòng)方法研究3.4捷聯(lián)慣導(dǎo)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的H∞濾波方法3.5捷聯(lián)慣導(dǎo)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)仿真研究3.6慣導(dǎo)系統(tǒng)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)概述3.13.3各種運(yùn)動(dòng)對(duì)狀態(tài)可觀測(cè)度的影響靜基座初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)狀態(tài)變量可觀測(cè)度分析3.3各種運(yùn)動(dòng)對(duì)狀態(tài)可觀測(cè)度的影響三軸搖擺運(yùn)動(dòng)初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)狀態(tài)變量可觀測(cè)度分析3.3各種運(yùn)動(dòng)對(duì)狀態(tài)可觀測(cè)度的影響勻速運(yùn)動(dòng)初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)狀態(tài)變量可觀測(cè)度分析3.3各種運(yùn)動(dòng)對(duì)狀態(tài)可觀測(cè)度的影響線加速運(yùn)動(dòng)初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)狀態(tài)變量可觀測(cè)度分析3.3各種運(yùn)動(dòng)對(duì)狀態(tài)可觀測(cè)度的影響三軸搖擺與線加速運(yùn)動(dòng)組合初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)狀態(tài)變量可觀測(cè)度分析3.3各種運(yùn)動(dòng)對(duì)狀態(tài)可觀測(cè)度的影響航向變化與線加速運(yùn)動(dòng)組合初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)狀態(tài)變量可觀測(cè)度分析3.3各種運(yùn)動(dòng)對(duì)狀態(tài)可觀測(cè)度的影響靜基座對(duì)準(zhǔn)εx，▽x，▽y完全不可觀測(cè)，εz可觀測(cè)度很小0.0005三軸搖擺提高了兩個(gè)水平加計(jì)的可觀測(cè)度勻速運(yùn)動(dòng)各個(gè)狀態(tài)變量的可觀測(cè)度與靜基座基本相同線加速運(yùn)動(dòng)可大大提高方位失準(zhǔn)角的可觀測(cè)度，不能提高▽x，▽y計(jì)偏置的可觀測(cè)度三軸搖擺與線加速運(yùn)動(dòng)組合各個(gè)狀態(tài)的可觀測(cè)度都得到提高航向變化與線加速運(yùn)動(dòng)組合各個(gè)狀態(tài)的可觀測(cè)度最高結(jié)論：三、慣導(dǎo)系統(tǒng)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)方法捷聯(lián)慣導(dǎo)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的可觀測(cè)度分析方法研究3.2各種運(yùn)動(dòng)對(duì)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)狀態(tài)變量可觀測(cè)度的影響3.3捷聯(lián)慣導(dǎo)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)最優(yōu)機(jī)動(dòng)方法研究3.4捷聯(lián)慣導(dǎo)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的H∞濾波方法3.5慣導(dǎo)系統(tǒng)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)概述3.1仿真條件:陀螺常值漂移:0.02/h；加速度計(jì)常值偏置:100ug；航向失準(zhǔn)角:1水平失準(zhǔn)角:10’飛行速度：150m/s3.4動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的最優(yōu)機(jī)動(dòng)方式——S機(jī)動(dòng)各種運(yùn)動(dòng)對(duì)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)影響的全面分析動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的最優(yōu)機(jī)動(dòng)方式計(jì)算機(jī)仿真研究3.4動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的最優(yōu)機(jī)動(dòng)方式——S機(jī)動(dòng)捷聯(lián)系統(tǒng)蛇形機(jī)動(dòng)時(shí)初始對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)估計(jì)誤差方差曲線

3.4動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的最優(yōu)機(jī)動(dòng)方式——S機(jī)動(dòng)

S機(jī)動(dòng)為動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的最優(yōu)機(jī)動(dòng)方式全部狀態(tài)變量都能得到較好的估計(jì)估計(jì)精度還與載體S機(jī)動(dòng)的機(jī)動(dòng)程度有關(guān)結(jié)論：三、慣導(dǎo)系統(tǒng)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)方法捷聯(lián)慣導(dǎo)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的可觀測(cè)度分析方法研究3.2各種運(yùn)動(dòng)對(duì)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)狀態(tài)變量可觀測(cè)度的影響3.3捷聯(lián)慣導(dǎo)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)最優(yōu)機(jī)動(dòng)方法研究3.4捷聯(lián)慣導(dǎo)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的H∞濾波方法3.5慣導(dǎo)系統(tǒng)動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)概述3.1不確定隨機(jī)干擾H濾波3.5隨機(jī)擾動(dòng)下動(dòng)基座初始對(duì)準(zhǔn)的H濾波動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)模型和噪聲統(tǒng)計(jì)模型不準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)精度降低或Kalman濾波發(fā)散對(duì)系統(tǒng)噪聲的不確定性有很強(qiáng)的魯棒性仿真條件:陀螺常值漂移:0.1./h；加速度計(jì)常值偏置:100ug；三個(gè)初始失準(zhǔn)角分別為[20‘’20‘’30‘]運(yùn)動(dòng)軌跡為:向北平飛3000秒，高度8000米，機(jī)體速度150米/秒。隨機(jī)擾動(dòng)下動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)的H濾波建模及仿真3.5隨機(jī)擾動(dòng)下動(dòng)基座初始對(duì)準(zhǔn)的H濾波常規(guī)間接反饋校正KALMAN濾波器的仿真結(jié)果帶遺忘因子的H濾波方程：3.5隨機(jī)擾動(dòng)下動(dòng)基座初始對(duì)準(zhǔn)的H濾波使用帶遺忘因子的H濾波器的位置誤差3.5隨機(jī)擾動(dòng)下動(dòng)基座初始對(duì)準(zhǔn)的H濾波使用帶遺忘因子的H濾波器的速度誤差3.5隨機(jī)擾動(dòng)下動(dòng)基座初始對(duì)準(zhǔn)的H濾波使用帶遺忘因子的H濾波器的姿態(tài)誤差結(jié)論：3.5隨機(jī)擾動(dòng)下動(dòng)基座初始對(duì)準(zhǔn)的H濾波新的算法具有良好的穩(wěn)定性和跟蹤性；克服了動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)中的隨機(jī)干擾問(wèn)題。第五章卡爾曼濾波在慣性導(dǎo)航初始對(duì)準(zhǔn)中的應(yīng)用一、慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)概述二、慣導(dǎo)系統(tǒng)的靜基座初始對(duì)準(zhǔn)三、慣導(dǎo)系統(tǒng)的動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)四、慣導(dǎo)系統(tǒng)的傳遞對(duì)準(zhǔn)四、慣導(dǎo)系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)不同匹配方案研究4.2運(yùn)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3機(jī)翼彈性振動(dòng)對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.4濾波周期對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.5傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)概述4.1載體彈性變形對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.64.1傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)概述4.1.1傳遞對(duì)準(zhǔn)的意義什么是傳遞對(duì)準(zhǔn)（Transferalignment）？傳遞對(duì)準(zhǔn)是指載體航行時(shí)，載體上需要對(duì)準(zhǔn)的子慣導(dǎo)利用已對(duì)準(zhǔn)好的主慣導(dǎo)的信息進(jìn)行初始對(duì)準(zhǔn)的一種方法。傳遞對(duì)準(zhǔn)是一種動(dòng)基座對(duì)準(zhǔn)方法，它除了具有動(dòng)機(jī)座對(duì)準(zhǔn)的一般規(guī)律外，還具有其固有的特點(diǎn)及性質(zhì)4.1傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)概述傳遞對(duì)準(zhǔn)原理框圖主慣導(dǎo)桿臂效應(yīng)彈性變形彈性振動(dòng)子慣導(dǎo)卡爾曼濾波載體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)校正參數(shù)信息差 傳遞對(duì)準(zhǔn)的基本原理圖4.1傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)概述4.1.2傳遞對(duì)準(zhǔn)的特點(diǎn)可利用主慣導(dǎo)多種信息實(shí)現(xiàn)各種傳遞對(duì)準(zhǔn)方法需要考慮子慣導(dǎo)桿臂效應(yīng)的影響需要考慮載體彈性變形的影響需要考慮載體彈性振動(dòng)的影響INS與SINS對(duì)準(zhǔn)方法有較大差別，要解決的問(wèn)題也不一樣4.1傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)概述4.1.3傳遞對(duì)準(zhǔn)的發(fā)展?fàn)顩r

20世紀(jì)80年代前，匹配方案和濾波模型

20世紀(jì)80年代后，快速精確傳遞對(duì)準(zhǔn)方法目前技術(shù)已經(jīng)成熟，并獲得了成功應(yīng)用國(guó)內(nèi)的空中傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)已開(kāi)展了多年的研究，但在工程實(shí)際中尚未得到很好的解決。四、慣導(dǎo)系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)不同匹配方案研究4.2運(yùn)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3機(jī)翼彈性振動(dòng)對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.4濾波周期對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.5傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)概述4.1載體彈性變形對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.64.2不同匹配方案研究4.2.1傳遞對(duì)準(zhǔn)的匹配方案?jìng)鬟f對(duì)準(zhǔn)的匹配方案計(jì)算參數(shù)匹配法測(cè)量參數(shù)匹配法利用慣導(dǎo)計(jì)算的導(dǎo)航參數(shù)匹配估計(jì)精度高但對(duì)準(zhǔn)速度慢利用慣性器件測(cè)量參數(shù)匹配對(duì)準(zhǔn)速度快精度受載體彈性振動(dòng)影響大

位置匹配速度匹配

角速度匹配加速度匹配姿態(tài)匹配其他匹配方案：加速度；姿態(tài)陣；速度+姿態(tài)；速度+角速度；速度+姿態(tài)陣4.2不同匹配方案研究4.2.2傳遞對(duì)準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型

14維狀態(tài)方程:量測(cè)方程根據(jù)匹配方案不同而不同4.2不同匹配方案研究4.2.3速度匹配方案型量測(cè)方程主慣導(dǎo)與子慣導(dǎo)的速度誤差量測(cè)噪聲速度匹配的特點(diǎn)

方法成熟，精度較高對(duì)準(zhǔn)時(shí)間較長(zhǎng)4.2不同匹配方案研究4.2.4位置匹配方案量測(cè)方程

方法較為成熟，并得到了實(shí)際應(yīng)用但是精度不高，且對(duì)準(zhǔn)時(shí)間較長(zhǎng)主慣導(dǎo)與子慣導(dǎo)之間的位置誤差量測(cè)噪聲位置匹配特點(diǎn)4.2不同匹配方案研究4.2.5角速度匹配方案量測(cè)方程

速度快受載體振動(dòng)影響較大只能用于主慣導(dǎo)和子慣導(dǎo)都是捷聯(lián)慣導(dǎo)的情況主慣導(dǎo)與子慣導(dǎo)的角速度誤差量測(cè)噪聲主慣導(dǎo)測(cè)量角速度角速度匹配的特點(diǎn)4.2不同匹配方案研究4.2.6姿態(tài)角匹配方案量測(cè)方程對(duì)準(zhǔn)速度較快中等精度主慣導(dǎo)與子慣導(dǎo)的姿態(tài)角誤差量測(cè)噪聲INS姿態(tài)矩陣姿態(tài)角匹配特點(diǎn)4.2不同匹配方案研究4.2.7姿態(tài)矩陣匹配方案量測(cè)方程量測(cè)噪聲INS姿態(tài)矩陣特點(diǎn)精度較高，但受載體振動(dòng)影響適合主慣導(dǎo)和子慣導(dǎo)都是捷聯(lián)慣導(dǎo)的情況4.2不同匹配方案研究4.2.7組合方案速度＋角速度速度＋姿態(tài)速度＋姿態(tài)矩陣綜合計(jì)算參數(shù)匹配法和測(cè)量參數(shù)匹配法的優(yōu)點(diǎn)精度高、速度快仍然存在受載體振動(dòng)影響較大的問(wèn)題速度＋姿態(tài)、速度＋姿態(tài)矩陣是主要發(fā)展方向4.2不同匹配方案研究4.2.8仿真分析仿真條件:

陀螺常值漂移:0.5°/h，隨機(jī)漂移0.5°/h；加速度計(jì)常值偏置:100ug，隨機(jī)偏置100ug；三個(gè)初始失準(zhǔn)角分別為[1°1°1°]

速度觀測(cè)量噪聲：0.01米/秒位置觀測(cè)量噪聲：25米姿態(tài)觀測(cè)噪聲：0.01°

角速度觀測(cè)噪聲：0.15°/h

對(duì)各種匹配方案進(jìn)行了仿真研究4.2不同匹配方案研究4.2.8仿真分析——仿真結(jié)果（勻速直線）4.2不同匹配方案研究2.8仿真分析——仿真結(jié)果（加速直線）4.2不同匹配方案研究2.8仿真分析——仿真結(jié)果（S機(jī)動(dòng)）4.2不同匹配方案研究2.8仿真分析仿真結(jié)果:

位置匹配方案精度較低，且收斂速度慢，受機(jī)動(dòng)方式影響不大；速度匹配精度受速度變化影響，采用機(jī)動(dòng)方式可提高對(duì)準(zhǔn)速度和精度；姿態(tài)角方案精度不高，速度不快，不能通過(guò)機(jī)動(dòng)方式提高對(duì)準(zhǔn)的速度和精度

角速度在S機(jī)動(dòng)時(shí)對(duì)準(zhǔn)精度很高，速度也很快，但這里沒(méi)考慮載體彈性振動(dòng)；幾種組合匹配方案的對(duì)準(zhǔn)精度高，速度快，且對(duì)準(zhǔn)的精度和速度隨載體機(jī)動(dòng)程度增大而提高。四、慣導(dǎo)系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)不同匹配方案研究4.2運(yùn)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3機(jī)翼彈性振動(dòng)對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.4濾波周期對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.5傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)概述4.1載體彈性變形對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.64.3機(jī)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3.1幾種機(jī)動(dòng)方式直線飛行水平盤旋水平S機(jī)動(dòng)抖翼機(jī)動(dòng)4.3機(jī)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3.2計(jì)算機(jī)仿真水平直線加速飛行仿真條件:

飛行軌跡:0-30秒，水平勻速向東直線飛行，飛行速度為200米/秒，30-90秒，水平加速直線飛行，加速度為10米/秒2，飛行起始經(jīng)、緯度均為45ο

陀螺常值漂移:0.5°/h；加速度計(jì)常值偏置:100ug；三個(gè)初始失準(zhǔn)角分別為[1°1°1°]

觀測(cè)速度噪聲方差：0.01米/秒4.3機(jī)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3.2計(jì)算機(jī)仿真水平直線加速飛行——仿真結(jié)果東向飛行失準(zhǔn)角均方差曲線東向飛行失準(zhǔn)角估計(jì)曲線4.3機(jī)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3.2計(jì)算機(jī)仿真水平直線加速飛行——仿真結(jié)果東向加速飛行陀螺儀誤差估計(jì)曲線東向加速飛行加速度計(jì)誤差估計(jì)曲線4.3機(jī)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3.2計(jì)算機(jī)仿真水平直線加速飛行仿真結(jié)論:

兩個(gè)水平失準(zhǔn)角收斂很快，在20秒內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)天向失準(zhǔn)角在加速度變化時(shí)，可觀測(cè)度提高，在加速度變化20秒后，也達(dá)到了穩(wěn)態(tài)三個(gè)水平失準(zhǔn)角的協(xié)方差都在0.01ο左右

水平加速飛行時(shí)，X向加速度計(jì)估計(jì)不準(zhǔn)，其余尚可4.3機(jī)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3.2計(jì)算機(jī)仿真水平盤旋仿真條件:

飛行軌跡:以一個(gè)10米/秒2的向心加速度作水平盤旋機(jī)動(dòng)，從正東方向飛至正南方向，構(gòu)成3/4圓環(huán)。速率200米/秒，飛行起始經(jīng)、緯度均為45°

陀螺常值漂移:0.5°/h；加速度計(jì)常值偏置:100ug；三個(gè)初始失準(zhǔn)角分別為[1°1°1°]

觀測(cè)速度噪聲方差：0.01米/秒4.3機(jī)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3.2計(jì)算機(jī)仿真水平盤旋——仿真結(jié)果水平盤旋失準(zhǔn)角均方差曲線水平盤旋失準(zhǔn)角估計(jì)曲線4.3機(jī)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3.2計(jì)算機(jī)仿真水平盤旋——仿真結(jié)果水平盤旋飛行陀螺儀誤差估計(jì)曲線水平盤旋飛行加速度計(jì)誤差估計(jì)曲線4.3機(jī)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3.2計(jì)算機(jī)仿真水平盤旋仿真結(jié)論:30秒后失準(zhǔn)角進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。其中，東向失準(zhǔn)角收斂最快，只需20秒即可。三個(gè)水平失準(zhǔn)角的協(xié)方差都在0.01ο左右

水平盤旋時(shí)，X、Y向陀螺、X、Z向加速度計(jì)估值均不準(zhǔn)確。不宜采用此種對(duì)準(zhǔn)方法4.3機(jī)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3.2計(jì)算機(jī)仿真水平S機(jī)動(dòng)仿真條件:

飛行軌跡：轉(zhuǎn)彎飛行300秒，0——300秒，200米/秒從東向勻速以10米/秒2的轉(zhuǎn)動(dòng)加速度轉(zhuǎn)彎，做S機(jī)動(dòng)至正西方向飛行起始經(jīng)、緯度均為45°

陀螺常值漂移:0.5°/h；加速度計(jì)常值偏置:100ug；三個(gè)初始失準(zhǔn)角分別為[1°1°1°]

觀測(cè)速度噪聲方差：0.01米/秒4.3機(jī)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3.2計(jì)算機(jī)仿真水平S機(jī)動(dòng)——仿真結(jié)果水平S機(jī)動(dòng)失準(zhǔn)角均方差曲線水平S機(jī)動(dòng)失準(zhǔn)角估計(jì)曲線4.3機(jī)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3.2計(jì)算機(jī)仿真水平S機(jī)動(dòng)——仿真結(jié)果水平S機(jī)動(dòng)飛行陀螺儀誤差估計(jì)曲線水平S機(jī)動(dòng)飛行加速度計(jì)誤差估計(jì)曲線4.3機(jī)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3.2計(jì)算機(jī)仿真水平S機(jī)動(dòng)仿真結(jié)論:水平S機(jī)動(dòng)時(shí)，全部狀態(tài)都可以得到較好的估計(jì)估計(jì)的精度與機(jī)動(dòng)程度有關(guān)

4.3機(jī)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3.2計(jì)算機(jī)仿真抖翼機(jī)動(dòng)仿真條件:

飛行軌跡：0-300秒，水平北向飛行，速度200米/秒；機(jī)翼做振幅30°，周期2秒的正弦晃動(dòng)。其余飛行參數(shù)同東向水平飛行起始經(jīng)、緯度均為45°

陀螺常值漂移:0.5°/h；加速度計(jì)常值偏置:100ug；三個(gè)初始失準(zhǔn)角分別為[1°1°1°]

觀測(cè)速度噪聲方差：0.01米/秒4.3機(jī)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3.2計(jì)算機(jī)仿真抖翼機(jī)動(dòng)——仿真結(jié)果抖翼機(jī)動(dòng)失準(zhǔn)角均方差曲線抖翼機(jī)動(dòng)失準(zhǔn)角估計(jì)曲線4.3機(jī)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3.2計(jì)算機(jī)仿真抖翼機(jī)動(dòng)——仿真結(jié)果抖翼機(jī)動(dòng)飛行陀螺儀誤差估計(jì)曲線抖翼機(jī)動(dòng)飛行加速度計(jì)誤差估計(jì)曲線4.3機(jī)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響機(jī)翼抖動(dòng)周期和擺幅對(duì)天向失準(zhǔn)角收斂速度影響分析圖象4.3.2計(jì)算機(jī)仿真抖翼機(jī)動(dòng)——仿真結(jié)果4.3機(jī)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3.2計(jì)算機(jī)仿真抖翼機(jī)動(dòng)仿真結(jié)論:抖翼機(jī)動(dòng)傳遞對(duì)準(zhǔn)方法中狀態(tài)量不是完全可觀測(cè)的；X、Y向加速度計(jì)不可觀測(cè)，Z向陀螺儀可觀測(cè)度較差天向失準(zhǔn)角雖可觀測(cè)，其可觀測(cè)度差。因?yàn)閷?duì)準(zhǔn)時(shí)間長(zhǎng)，濾波器建模誤差對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)精度影響嚴(yán)重，對(duì)準(zhǔn)速度慢且達(dá)不到較理想精度機(jī)翼抖動(dòng)的幅度和頻率的增大，理論上提高了對(duì)準(zhǔn)精度和速度，但是機(jī)翼的高頻晃動(dòng)使掛于機(jī)翼下的導(dǎo)彈姿態(tài)變化劇烈，使導(dǎo)彈的捷聯(lián)慣導(dǎo)處于惡劣的工作環(huán)境而因捷聯(lián)姿態(tài)矩陣計(jì)算不準(zhǔn)使導(dǎo)航精度嚴(yán)重下降。四、慣導(dǎo)系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)不同匹配方案研究4.2運(yùn)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3機(jī)翼彈性振動(dòng)對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.4濾波周期對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.5傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)概述4.1載體彈性變形對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.64.4機(jī)翼彈性振動(dòng)對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響彈性振動(dòng)引起的誤差圓錐誤差尺寸效應(yīng)研究較少對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的精度有重要影響劃船誤差研究很多補(bǔ)償方法成熟4.4機(jī)翼彈性振動(dòng)對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響尺寸效應(yīng)誤差根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，剛體上不在一處兩點(diǎn)線加速度的關(guān)系慣導(dǎo)中匹配點(diǎn)處加速度矢量的三個(gè)分量4.4機(jī)翼彈性振動(dòng)對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響補(bǔ)償方法4.4機(jī)翼彈性振動(dòng)對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響仿真條件:

飛行軌跡:正東直線飛行；初始經(jīng)緯度：45度，45度；

0~30秒：勻速飛行，v=200米/秒；

30~90秒：a=10米/秒2，末速800米/秒陀螺常值漂移:0.5°/h；加速度計(jì)常值偏置:100ug；三個(gè)初始失準(zhǔn)角分別為[1°1°1°]

觀測(cè)速度噪聲方差：0.01米/秒4.4機(jī)翼彈性振動(dòng)對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響彈性振動(dòng)對(duì)導(dǎo)彈慣導(dǎo)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響補(bǔ)償彈性振動(dòng)后導(dǎo)彈慣導(dǎo)傳遞對(duì)準(zhǔn)的結(jié)果4.4機(jī)翼彈性振動(dòng)對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響仿真結(jié)論:

振動(dòng)對(duì)天向失準(zhǔn)角的估計(jì)精度影響不大東向和北向水平失準(zhǔn)角的估計(jì)精度分別下降了2.5ο和0.5ο

加速度計(jì)和陀螺儀的零位誤差估計(jì)值完全失真補(bǔ)償彈性振動(dòng)后,對(duì)準(zhǔn)速度和精度都有明顯提高

四、慣導(dǎo)系統(tǒng)傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)不同匹配方案研究4.2運(yùn)動(dòng)方式對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.3機(jī)翼彈性振動(dòng)對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.4濾波周期對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.5傳遞對(duì)準(zhǔn)技術(shù)概述4.1載體彈性變形對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響4.64.5濾波周期對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的影響

濾波周期對(duì)卡爾曼濾波收斂速度有一定的影響；縮短濾波周期可以有限度的縮短卡爾曼濾