兩種SINS慣性系四元數(shù)粗對準(zhǔn)算法等價性分析

陳 河, 張志利, 周召發(fā), 劉朋朋, 趙軍陽

(火箭軍工程大學(xué)兵器發(fā)射理論與技術(shù)國家重點學(xué)科實驗室, 陜西 西安 710025)

0 引 言

作為一種航位推算系統(tǒng),捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)(strapdown inertial navigation system,SINS)正常工作前需要進行初始對準(zhǔn)獲取載體的初始姿態(tài)[1]。初始對準(zhǔn)一般分為粗對準(zhǔn)和精對準(zhǔn)兩個過程[2]。粗對準(zhǔn)傳統(tǒng)上采用解析法,即根據(jù)重力加速度矢量和地球自轉(zhuǎn)角速度矢量,采用雙矢量定姿法解算載體的姿態(tài)矩陣。解析法的缺點是抗干擾能力差,僅適用于干擾較小時的靜基座初始對準(zhǔn)[3-4]。為了克服解析法的不足,文獻[5]提出了一種基于凝固慣性系的粗對準(zhǔn)方案,即通過姿態(tài)矩陣分解,將初始對準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為求取初始地球慣性系和初始載體坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣,然后選取不同時刻的重力矢量進行雙矢量定姿;為了抑制高頻干擾的影響,通常將重力加速度積分得到速度矢量,然后選取兩個不同時刻的速度矢量進行雙矢量定姿[6]。該方法能夠有效抑制載體晃動對初始對準(zhǔn)的影響,在載體劇烈晃動時也能取得很好的對準(zhǔn)效果,已成為SINS粗對準(zhǔn)的研究熱點。文獻[7-8]分析了該算法的誤差特性,指出其在靜基座條件下的誤差與傳統(tǒng)解析法相同;文獻[9-12]針對該方法不能抑制線振動干擾影響的問題,研究了不同的線振動干擾抑制方案。

由于地球自轉(zhuǎn),短時間內(nèi)(小于24 h)每一時刻的重力加速度矢量均不共線,因而均可作為參考矢量用于定姿。基于上述思想,文獻[13]以重力矢量分段積分得到的一系列速度增量為參考矢量,將初始對準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為多矢量定姿的Wahba問題[14]。……