車載自主定位定向系統(tǒng)研究.pdf

1、車載定位定向技術(shù)是指車上導(dǎo)航系統(tǒng)在載車行駛過程中精確確定其所在位置的地理坐標(biāo)、北向方位及姿態(tài)角，為陸基導(dǎo)彈等武器的機(jī)動發(fā)射提供參考基準(zhǔn)。為保證和增強(qiáng)車載武器系統(tǒng)的快速機(jī)動性，現(xiàn)代先進(jìn)的陸地作戰(zhàn)車輛一般都配備有定位定向系統(tǒng)。 雖然由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)和全球定位系統(tǒng)(GPS)構(gòu)成的INS/GPS組合系統(tǒng)很容易滿足陸用導(dǎo)航系統(tǒng)動態(tài)定位和定向的要求，成為西方各國軍用車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，但是GPS在我國軍事應(yīng)用中是不可完全依賴

2、的，我國的車載導(dǎo)航系統(tǒng)必須具備自主定位定向的能力。采用液浮平臺構(gòu)成的車載導(dǎo)航系統(tǒng)雖然精度高，但每隔一定時(shí)間必須停車作零速修正，存在啟動時(shí)間長、可靠性低、維修不便等缺點(diǎn)，極大制約著車載武器系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力。論文中采用激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)為主導(dǎo)航系統(tǒng)，通過與里程計(jì)和氣壓高度計(jì)組合，構(gòu)成車載自主定位定向系統(tǒng)，并借助路標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行誤差補(bǔ)償。該定位定向系統(tǒng)不依靠GPS，中途無須停車作零速修正，是一種全自主的導(dǎo)航系統(tǒng)，具有定位定向精度高、機(jī)動性好、可

3、靠性高和壽命長等優(yōu)點(diǎn)。 論文的主要研究內(nèi)容包括： 1.在陀螺和加速度計(jì)均以增量形式采樣條件下，介紹了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)(SINS)的算法編排，包括姿態(tài)更新算法、速度更新算法和位置更新算法，在姿態(tài)更新算法中考慮了圓錐誤差補(bǔ)償算法，在速度更新算法中考慮了劃船誤差補(bǔ)償算法，在位置更新算法中考慮了渦卷誤差補(bǔ)償算法，形成了一套完整的捷聯(lián)慣導(dǎo)算法。 2.在里程計(jì)采樣以路程增量形式輸出情況下，推導(dǎo)了高精度航位推算(DR)算法，研究了

4、航位推算誤差的規(guī)律，得出了航位推算軌跡與載車真實(shí)軌跡相似的性質(zhì)，利用相似性方法可以對捷聯(lián)慣組在載車上的安裝偏差角進(jìn)行標(biāo)定，應(yīng)用已知路標(biāo)點(diǎn)信息能夠?qū)d車慣導(dǎo)初始對準(zhǔn)誤差角和里程計(jì)刻度系數(shù)誤差等誤差源進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)高精度定位定向。 3.設(shè)計(jì)了SINS/DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)，仿真結(jié)果表明，在組合導(dǎo)航系統(tǒng)中航向誤差角和里程計(jì)刻度系數(shù)誤差能被較好地估計(jì)出來，因而組合導(dǎo)航系統(tǒng)能夠在一定程度上提高定位定向系統(tǒng)的精度，并可應(yīng)用于車載導(dǎo)航系統(tǒng)的動基座

5、初始精對準(zhǔn)。 4.動基座初始對準(zhǔn)技術(shù)能極大提高載車機(jī)動性。利用相似性原理和已知路標(biāo)點(diǎn)信息，研究了載車在運(yùn)動狀態(tài)下的高精度航向?qū)?zhǔn)技術(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該對準(zhǔn)方法中航向?qū)?zhǔn)誤差小于1′。 5.2005年4月，該項(xiàng)目試驗(yàn)樣機(jī)參加了二炮裝備研究院在北京昌平地區(qū)組織的考核試驗(yàn)，結(jié)果表明樣機(jī)能夠達(dá)到以下性能指標(biāo)：利用路標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行誤差補(bǔ)償和控制，自主定位定向系統(tǒng)每行駛50km(或行車50min)，水平定位誤差小于25m(CEP)，航向保

6、持精度高于3′/h(1σ)，精度名列前茅。 論文的主要創(chuàng)新點(diǎn)有： 1.在捷聯(lián)慣導(dǎo)算法中使用了動態(tài)高精度算法，其中姿態(tài)更新算法采用等效旋轉(zhuǎn)矢量二子樣優(yōu)化算法、速度更新算法采用二子樣劃船效應(yīng)補(bǔ)償算法，捷聯(lián)慣導(dǎo)算法精度高。 2.里程計(jì)輸出為一小段時(shí)間內(nèi)的微小路程增量，在航位推算算法中采用微路程增量變換算法，充分利用里程增量信息，航位推算精度高。研究了航位推算誤差的規(guī)律，得出了航位推算軌跡與載車真實(shí)軌跡相似的性質(zhì)。