旋转稳定弹gnssmimu组合导航初始对准方法研究

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1、中图分类号：TJ430.1UDC分类号：623.4旋转稳定弹GNSS/MIMU组合导航初始对准方法研究作者姓名杨登红学院名称机电学院指导教师李东光教授答辩委员会主席王华教授申请学位工学博士学科专业兵器科学与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年06月旋转稳定弹GNSS/MIMU组合导航初始对准方法研究杨登红2015年06月ResearchonInitialAlignmentMethodofGNSS/IMUIntegratedNavigationforSpin-stabilizedProjectile

2、CandidateName:YangDenghongSchoolorDepartment:SchoolofMechatronicalEngineeringFacultyMentor:Prof.LiDongguangChair,ThesisCommittee:Prof.WangHuaDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor:ArmamentScienceandTechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefen

3、ce:Jun.2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要现代战争对武器系统打击精度的要求越来越高，提高武器系统的打击精度尤为必要，传统弹药灵巧化是提高弹药

4、打击精度的有效途径，因此，弹道修正、末端敏感等弹药灵巧化技术成为研究热点。弹道检测是对旋转稳定弹进行弹道修正的关键问题，采用GNSS/MIMU组合导航系统进行弹丸弹道参数检测，不但具有GNSS精度高和MIMU抗干扰能力强等优点，还可以避免单独采用GNSS检测弹道存在卫星信号易被干扰或丢失而无法连续检测弹道，和单独利用MIMU检测弹道存在误差累积的问题。本文以旋转稳定弹弹道修正为研究背景，对利用组合导航系统进行弹丸弹道参数检测时MIMU需进行初始对准的问题展开研究，旨在解决高旋转条件下MIMU不能测量滚转角速度而

5、导致无法采用常规方法进行初始对准的问题，主要研究内容如下：利用刚体弹道模型及弹道数据分析旋转稳定弹的运动特性，并根据MIMU捷联解算模型和误差模型分析弹体运动特性对初始对准的影响，建立MIMU数据模拟模型，对MIMU测量数据进行模拟，解决初始对准数据源问题。结果表明，旋转稳定弹在弹道初期存在较大章动，使MIMU测量数据存在较大变化，进行初始对准时需避开该阶段；旋转稳定弹飞行较为稳定，其高低攻角和方向攻角均小于2°，可将弹道倾角和弹道偏角等效视为俯仰角和偏航角；MIMU存在安装误差，致使径向陀螺测量角速度耦合有与

6、旋转角速度成正比的信号，对初始对准的影响不可忽略。针对MIMU不能测量旋转稳定弹滚转角速度的问题，对旋转稳定弹滚转姿态检测方法进行研究，以从径向陀螺数据中提取滚转姿态，用于替换轴向陀螺测量数据进行初始对准及弹道参数解算。根据MIMU测量信号模型分析其对锁相跟踪的影响，并对三阶锁相环特性及其参数选取进行研究，选取适合于旋转稳定弹的锁相跟踪环路，进而建立基于锁相跟踪的旋转稳定弹滚转姿态检测模型，并通过分析和仿真选取合适的模型参数，然后通过MIMU模拟数据对滚转姿态检测模型进行仿真验证。结果表明，基于锁相跟踪的旋转稳

7、定弹滚转姿态检测方法能有效跟踪弹体旋转信号，可以实现旋转稳定弹滚转姿态快速检测。旋转稳定弹的高发射过载容易导致MIMU零点漂移，且进行精对准时需精度较高的初始条件保证精对准滤波收敛，因此需对旋转稳定弹组合导航粗对准方法进行研究，以在弹丸飞行过程中快速获取初始捷联矩阵等初始参数。对GNSS测量旋转稳定弹的位置和速度误差特性进行分析与建模，并进行位置和速度数据模拟，进而利用I北京理工大学博士学位论文GNSS模拟数据计算弹体俯仰角和滚转角以及MIMU安装误差和陀螺偏移误差，以快速获取MIMU捷联矩阵而实现快速粗对准，

8、最后利用MIMU模拟数据和GNSS模拟数据对上述粗对准方法进行仿真验证。结果表明，该粗对准方法可快速获取捷联矩阵和MIMU误差，满足粗对准的快速性和精度要求。粗对准获取参数误差较大，不能保证捷联解算精度，因此需进行组合导航精对准研究，以获取更为精确的初始参数。利用滚转姿态检测结果替换滚转陀螺测量数据，建立考虑MIMU安装误差的位置/速度匹配初始对准状态空间方程，并对其状态可观测性进行分