捷联惯导初始对准以及姿态解算

捷联惯导系统的 静基座初始对准1．初始对准惯性导航系统是根据测得的运载体的加速度，经过积分运算求得速度与位置的，因此，必须知道初始速度和初始位置。

此外，在以地理坐标系为导航坐标系的惯导系统中（包括平台式和捷联式），物理平台和数学平台都是测量加速度的基准，而且平台必须准确地跟踪地理坐标系，以避免由平台误差引起加速度测量误差。

在惯性系统加电启动后，平台的三轴指向是任意的，平台一般不在水平面内，又没有确定的方位，因此在系统进入导航工作状态前，必须将平台的指向对准，此过程便称为惯性系统的初始对准。

初始对准的精度直接关系到惯导系统的工作精度，初始对准的时间是惯导系统的重要战术技术指标。

因此，初始对准是惯导系统最重要的关键技术之一。

2．初始对准的分类（1）按对准的阶段来分惯导系统的初始对准一般分为两个阶段：第一阶段为粗对准：对平台进行水平与方位粗调，要求尽快地将平台对准在一定的精度范围内，为后续的对准提供基础，所以要求速度快，精度可以低一些。

第二阶段为精对准：它是在粗对准的基础上进行的，要求在保证对准精度的前提下尽量快。

（2）按对准的轴系来分在以地理坐标系为导航坐标系的情况下，初始对准可分为水平对准和方位对准。

在平台式惯导系统中，物理平台通常先进行水平对准，然后同时进行平台的水平与方位对准。

在捷联式惯导系统中，对数学平台进行对准时，一般情况下水平对准与方位对准是同时进行的。

（3）按基座的运动状态来分按照安装惯导系统所在基座的运动状态可分为静基座对准和动基座对准。

动基座对准通常是在运载体处于运动状态下进行的。

（4）按对准时对外信息的需求来分惯导系统只依靠重力矢量和地球速率矢量通过解析方法实现的初始对准称为自主式对准，此时不需要其它外部信息，自主性强，但精度不高。

非自主对准可通过机电、光学或其它方法将外部参考坐标系引入系统，使平台对准至导航坐标系。

3．初始对准的要求惯导系统不论用于运载体导航还是武器弹药中的制导，都要求初始对准保证必需的准确性与快速性。

卡尔曼滤波实验报告捷联惯导静基座初始对准实验一、实验目的① 掌握捷联惯导的构成和基本工作原理； ② 掌握捷联惯导静基座对准的基本工作原理；③ 了解捷联惯导静基座对准时的每个系统状态的可观测性； ④ 了解双位置对准时系统状态的可观测性的变化。

二、实验原理选取状态变量为：[]T EN E N U x y x y z X V V δδεεε=ψψψ∇∇，其中导航坐标系选为东北天坐标系，E V δ为东向速度误差，N V δ为北向速度误差， E ψ为东向姿态误差角 ，N ψ为北向姿态误差角， U ψ为天向姿态误差角， x ∇为东向加速度偏置，y ∇为北向加速度偏置，x ε为东向陀螺漂移，y ε为北向陀螺漂移，z ε为天向陀螺漂移。

则系统的状态模型为：X AX W =+(1)其中，1112212211121321222331323302sin 000002sin 000000000sin cos 0000sin 000000cos 00000000000000000000000000000000000000000000000000000L g C C L g C C L L C C C L C C C L C C C A Ω-⎡⎤⎢⎥-Ω⎢⎥⎢⎥Ω-Ω⎢⎥-Ω⎢⎥⎢⎥Ω=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦[00000]E N E N UT V V W W W W W W δδψψψ=，ED VW W δψ为零均值高斯白噪声，分别为加速度计误差和陀螺漂移的噪声成分，Ω为地球自转角速度，ij C 为姿态矩阵nb C 中的元素，L 为当地纬度。

量测量选取两个水平速度误差：[ ]TE N Z V V δδ=，则量测方程为：10000000000100000000E E N N V X V δηδη⎡⎤⎡⎤⎡⎤=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦(2)即Z HX η=+其中，H 为量测矩阵，[]TEN ηηη=为量测方程的随机噪声状态矢量，为零均值高斯白噪声。

动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究随着现代化舰艇的不断发展，其中一项重要的技术就是舰载武器的捷联惯导系统。

这种系统将惯性导航系统和星载导航系统结合起来，能够提高武器的精度和可靠性，确保击中目标。

而在动基座条件下，捷联惯导系统的初始对准是实现高精度打击的重要前提。

动基座条件下的舰载武器捷联惯导系统与传统型号相比，需要额外考虑动基座的姿态确定和补偿问题。

在舰艇运动状态下，动基座将遇到多种力学干扰，如风浪、航行状态变化等。

为了获得准确的姿态信息，需要考虑惯性方程和传感器的实际误差，同时需要运用数学模型来消除干扰对姿态的影响，确保系统能够快速、准确地对准目标。

捷联惯导系统的初始对准是捷联系统实现高精度打击的重要前提。

捷联惯导系统的精度受多种因素影响，其中最关键的因素之一就是惯性传感器的初始对准误差。

初始对准误差会在系统使用过程中积累，导致系统的误差逐渐扩大，影响武器的精度和可靠性，因而需要采取适当的措施来解决。

在捷联惯导系统的初始对准过程中，主要考虑惯性导航系统和星载导航系统之间的配合和对准误差的消除。

一般情况下，捷联惯导系统会先采用星载导航系统进行粗略定位，再用惯性导航系统进行精细定位，以此来提高系统的定位精度。

但由于星载导航系统的精度受限，粗略定位可能会带来不可避免的误差，而大幅度运动也会导致惯性传感器的零偏误差，使得捷联惯导系统无法准确掌握自身姿态和位置信息，从而影响武器的打击结果。

因此，在动基座条件下，需要采取适当的初始对准方法，以提高捷联惯导系统的精度和可靠性。

传统的捷联惯导系统初始对准方法主要包括三种：心理想象矫正，静停地平线矫正和动基座矫正。

其中心理想象矫正是指利用心理想象方法计算偏差角，并根据偏差角通过动态调整惯性器件的参考坐标系来实现对准。

静停地平线矫正是指在静态条件下使用陀螺仪的水平度进行对准。

动基座矫正是指在动态条件下使用动基座姿态信息进行对准。

然而，这些传统的初始对准方法在动基座情况下都存在一定的局限性和缺陷。

捷联惯导与组合导航系统高精度初始对准技术研究捷联惯导与组合导航系统高精度初始对准技术研究引言捷联惯导与组合导航系统是一种集捷联惯导和其他导航传感器（如GPS、气压计、陀螺仪等）的优势于一体的导航系统，具有在惯导滞后情况下实现导航信息快速、准确更新的优势。

为了确保导航精度和可靠性，捷联惯导与组合导航系统的初始对准是不可或缺的关键技术之一。

本文将重点探讨捷联惯导与组合导航系统高精度初始对准技术的研究。

一、捷联惯导与组合导航系统概述捷联惯导与组合导航系统是一种通过融合多种导航传感器测量数据来计算导航解的导航系统。

其中，捷联惯导通过惯性导航算法利用加速度计和陀螺仪提供的姿态、速度和位移信息进行导航计算，而组合导航则通过融合GPS和其它传感器的信息来修正惯导的误差，提供更准确的导航结果。

二、初始对准技术的研究现状初始对准技术在捷联惯导与组合导航系统中起到了决定性的作用，对其精度和可靠性具有重大影响。

目前，针对初始对准技术的研究主要集中在以下几个方面：1. 惯性传感器标定：惯导系统的精度和准确性直接依赖于惯性传感器的性能。

因此，对于惯导系统而言，惯性传感器的标定至关重要。

传感器标定主要涉及惯性传感器的误差估计、参数校准和标定方法等。

2. 导航状态估计算法：捷联惯导与组合导航系统的核心是导航状态估计算法。

目前常用的算法包括扩展卡尔曼滤波（EKF）、无迹卡尔曼滤波（UKF）以及粒子滤波（PF）等。

这些算法通过融合多种传感器的信息，实现对导航状态的准确估计。

3. 高精度传感器融合：为了提高初始对准的精度和可靠性，可以考虑使用更高精度的传感器，如高精度的加速度计和陀螺仪。

此外，对于GPS系统而言，使用双频技术和高精度的差分GPS技术可以进一步提高导航精度。

三、捷联惯导与组合导航系统高精度初始对准技术研究在捷联惯导与组合导航系统高精度初始对准技术的研究中，可以采用以下方法来提高初始对准的精度和可靠性：1. 多目标标定方法：采用多目标标定方法来标定捷联惯导系统中的惯性传感器。

动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究摘要：在舰载武器系统中，捷联惯导系统具有重要的作用。

捷联惯导系统的初始对准是系统正常工作的关键。

本文通过分析捷联惯导系统的工作原理，介绍了动基座条件下捷联惯导系统的初始对准方法，并对其影响因素进行了研究。

1. 引言舰载武器系统中的捷联惯导系统是一种通过惯性测量单元和全局导航卫星系统接收机联合工作，使武器系统能够在没有外界参考的情况下进行精确定位、导航和打击的系统。

捷联惯导系统的初始对准是保证系统有效工作的重要环节。

2. 捷联惯导系统的工作原理捷联惯导系统由惯性导航单元、全球定位系统接收机以及姿态传感器等部件组成。

惯性导航单元通过测量加速度和角速度信息来计算舰艇的位置和姿态。

全球定位系统接收机通过接收卫星信号，确定舰艇的位置。

姿态传感器用于检测舰艇的姿态角。

3. 动基座条件下捷联惯导系统的初始对准方法在动基座条件下，舰载武器系统的捷联惯导系统初始对准可以通过以下步骤完成：步骤一：舰艇静止时，进行GPS和惯性泌言的初始对准。

通过接收全球定位系统的信号，确定舰艇的粗略位置，并使用惯性传感器测量舰艇的加速度和角速度信息。

步骤二：舰艇开始运动后，启动捷联惯导系统，并利用姿态传感器获取舰艇的姿态角。

然后，通过惯性导航单元计算舰艇在初始位置的惯性坐标系中的位置。

步骤三：根据舰艇的惯性坐标系和全球定位系统的坐标系之间的坐标变换关系，可以确定舰艇在全局坐标系中的位置。

然后，将舰艇的位置信息与导航指令进行比较，利用闭环控制算法对舰艇进行修正。

4. 影响因素分析动基座条件下捷联惯导系统的初始对准精度受多个因素影响，主要有以下几点：舰艇运动状态：舰艇运动过程中，加速度和角速度的变化会对捷联惯导系统的初始对准精度产生影响。

舰艇运动越大，精度越低。

姿态传感器精度：姿态传感器用于检测舰艇的姿态角，其精度将直接影响到捷联惯导系统的初始对准精度。

全球定位系统精度：全球定位系统接收机的精度也是影响捷联惯导系统初始对准精度的一个重要因素。

捷联惯导系统从20 世纪60 年代初开始发展起来，在1969年，捷联惯导系统作为"阿波罗"-13 号登月飞船的应急备份装臵，在其服务舱发生爆炸时将飞船成功地引导到返回地球的轨道上时起到了决定性作用，成为捷联式惯导系统发展中的一个里程碑。

捷联式惯性导航(strap-downinertialnavigation) ，捷联( strap-down )的英语原义是“捆绑”的意思。

因此捷联式惯性导航也就是将惯性测量元件(陀螺仪和加速度计)直接装在导弹需要诸如姿态、速度、航向等导航信息的主体上，用计算机把测量信号变换为导航参数的一种导航技术。

一、捷联惯导系统工作原理及特点惯导系统基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，之后将其变换到导航坐标系，得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位臵信息等。

捷联惯导系统(SINS)是一种无框架系统，由三个速率陀螺、三个线加速度计和微型计算机组成。

由于惯性元器件有固定漂移率，会造成导航误差，因此导弹通常采用指令、GPS或其组合等方式对惯导进行定时修正，以获取持续准确的位臵参数。

如采用指令+捷联式惯导捷联惯导系统能精确提供载体的姿态、地速、经纬度等导航参数，是利用惯性敏感器、基准方向及最初的位臵信息来确定运载体的方位、位臵和速度的自主式航位推算导航系统。

在工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰破坏。

它完全是依靠载体自身设备独立自主地进行导航，它与外界不发生任何光、声、磁、电的联系，从而实现了与外界条件隔绝的假想的“封闭” 空间内实现精确导航。

所以它具有隐蔽性好，工作不受气象条件和人为的外界干扰等一系列的优点。

除此以外捷联惯导系统的最大特点是没有实体平台，即将陀螺仪和加速度计直接安装在机动载体上，在计算机中实时的计算姿态矩阵，通过姿态矩阵把导航加速度计测量的载体沿机体坐标系轴向的加速度信息变换到导航坐标系，然后进行导航计算。