易于实现的捷联式惯性导航系统仿真
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" 卷第 # 期 !第!
弹 箭 与 制 导 学 报
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易于实现的捷联式惯性导航系统仿真 "
吴小兰
! 中北大学 " 太原 !& # ) & & W $ ! 摘要 " 利用 =+ 进行了捷联式惯性导航系统 R 0 + F 数值计算的强大功能和 , 9 B E ? 9 2 Z 建模 容 易 实 现 的 特 点 " 的仿真研究 $ 对四元数及姿态矩阵等的解算采用 =+ 陀螺仪和加速计的建模用 , R 0 + F 编程实现 " 9 B E ? 9 2 Z实 现" 将 =+ 得出仿真结果 $ 该方法降低了单纯应用 =+ R 0 + F 程序与 , 9 B E ? 9 2 Z 模型进行交互 " R 0 + F或, 9 B E P 使仿真既可靠又易于实现 $ ? 9 2 Z 进行仿真的复杂度 " ! 关键词 " 捷联式惯性导航系统 ! # % 仿真 % 模型 % 误差 , L . , ! 中图分类号 "! 文献标识码 "+ " # $ % & ’!! !
这里仅考虑随时间漂移误差 % 假设三 个 陀 螺误 差 模型相同 $ 取陀螺漂移为 # ! " # # $# # 4, 2 ,P * 式中 # P* # # 4 为随机常数 ’ 2 为一阶马尔柯夫过程 ’ ! 为白噪声 $ 其方差为1 *% 数学模型为 # A # $& $4 ! " W $ # A # # 2 $& 2 ,P 2 8 2 % 式中 # 其方差 8 P2 为 驱 动 白 噪 声 $ 2 为 相 关 时 间$
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图 $! 仿真模型
’Q ’! 仿真模型的具体实现 轨迹发生器部分产生载体运 动轨迹 " 输出 载 体的位置 ’ 速度 ’ 姿态 ’ 比力 和角 速度 $ 由于该 部 分涉 及 速 度 ’ 姿 态 矩 阵 等 的 解 算" 用 =+R 0 + F 数值分析上的优势能达到事半 功倍的 效果 " 所以 轨迹的产生通过编制 = 文 件来 实 现 $ 载 体 运 动 轨迹以下面三个运动方程为基础产生 &
# & 值 $\$ % 考虑初始姿态角误差为 ’ & 3 U $’ 7 $ 初 始 速 度 误 差 为$ & V $ _$ V ! _$ 3U $ $ 37 $ V $& ’ & $ 初始位置误差$ 3V $& V & $ B > 1 $$ _$ [$ $ - $! $
4 A D 其中 # ! # 4 为陀螺仪的误差 $ Z 4 由轨迹发生器提供 $
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A! 引言
=+R 0 + F 是 一 个 功 能 强 大 的 软 件$ 它 的 程序设计简单 ’ 直观 " 能够方便地进行各种运算 $ 文中 采 用 =+R 0 + F 编程和 , 9 B E ? 9 2 Z建模 相结合的方法对捷联式惯性导航 系 统 进行 仿 真 " 通过两者之间的信息交互 " 得出仿真结果 $
! 为1 2% 加速度计是敏感载体线运动的 元 件 % 由于加
仿真时 间为 " % 以 =+ " B% & & > R 0 + F " V $为仿真环 境 $仿真结果如图 ! 4 图 # %
速度计本身存在误差 $ 因此加速度计的输出为 #
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出保存为数 据 文 件 $ 利 用 陀 螺 仪 和 加 速 计 的 输 出" 用 =+R 最后 0 + F 编 制 捷 联 惯 导 解 算 程 序" 输出结果 $ 仿真模型如图 $ 所示 $
’! 捷联惯性导航系统仿真
’Q A! 仿真模型的总体设计 仿真模型由 轨 迹 发 生 器 ’ 惯 性 器 件’ 捷联惯 导解算三个模块组成 $ 轨迹发生器用 =+R 0 + F 编程实现 " 其 功 能 是 模 拟 真 实 的 飞 行 轨 迹" 并利 用该飞行轨迹 进 行 导 航 解 算 " 给 出 陀 螺 仪’ 加速 计无误差的理想信号 " 将信号分别保 存 为 数据 文 件 $ 再应用 , 在 陀 螺 仪’ 加速计无误差 9 B E ? 9 2 Z" 的理想信号上 分 别 叠 加 随 机 误 差 信 号 模 拟 陀 螺
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发生器中获得 $4 将上式写 ! 为 加 速 度 计 的 误 差% 成矩阵形式 $ 有#
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C! 结论
飞机&悬挂 装 置&悬 挂 物 电 气 接 口 的 标 准 化 提高了武器互 用 性 ’ 满 足 了 电 气 结 构 相 容 性’ 保 证了为加装某 型 导 弹 而 改 进 武 器 控 制 系 统 的 可 行性 # 对武 器 控 制 系 统 的 构 型 和 功 能 划 分 的 分 析’ 为改进总 体 方 案 的 提 出 提 供 了 理 论 支 持 # 利 证明了改进的正确性和合理性 % 用半实物仿真 ’
! 参 ! 考 ! 文 ! 献" ( & $) 9 @ 7 1 ? > 1 2 Q + 9 : @ : 8 K J , J 1 : < >5 ? < @ J : 9 @ 8 ?L 2 J < : @ 1 2 2 < @ P !. J 9 1 2, > J < B( 8) G+ 5 ,, > J < B= 8 8 S 9 2 <1 KL 5 5 5 C C 3 ( J) Q $ ’ ( #Q 图 #! 导弹发射时序图 ( ) 飞 机&悬 挂 物 电 气 连 接 ! ! 国防科学 技 术 工 业 委 员 会 Q 系统应用手册 ( 7) G ! & & !Q ( ) 谢希权 Q 机载导弹武器系统( 空 ) /) G西 安 * ! 李伟仁 ’ 军工程大学 ’ $ ’ ’ ’Q ( ) 国防工 # /) G北 京 * ! 康凤举 Q现代仿 真 技 术 与 应 用 ( 业出版社 ’ ! & & $Q
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图 $! 仿真模型
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