航天测量船静电陀螺监控器标校过程卡尔曼滤波误差研究

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1、航天测量船静电陀螺监控器标校过程卡尔曼滤波误差研究摘要：针对航天测量船标校经纬仪航向测量的局限性以及新装备的投入使用现状，研究了静电陀螺监控器设备动态条件标校过程卡尔曼滤波误差因素。多次海上试验数据结果表明，该设备性能可靠，在经纬仪无法测星的情况下，可以实现与标校经纬仪数据的互补，从而克服气候因素对测量船的影响，保障了航天测量船全天候的海上测量精度。Abstract：AccordingtotheTT&Cshipcalibrationtheodoliteequipmentdirectionsmeasurementlimitationsandnewequipmen

2、tputintousepresentsituation,researchedthecalibrationprocesserrorofkalmanfilterunderdynamicconditions.Theresultsofnumerousexperimentsshowthat,theequipmentperformaneewasrelable・whenthecalibrationtheodolitecouldnotstar,itrealizedthatthecalibrationoftheodolitedatacomp1ementation,whichco

3、uldovercometheinfluenceofclimatefactors,andprotectedtheastronauticmeasurementshipall-weatherseacontrolprecision.关键词：航天测量船；静电陀螺监控器；卡尔曼滤波Keywords：theTT&Cship；ESGM；kalmanfilter中图分类号：V55文献标识码：A文章编号：1006-4311(2013)03-0287-020引言航天测量船执行海上测控任务，对目标飞行器进行精确实施外测定轨，船体的姿态和位置数据精度是影响其测控精度的关键因素［1］。测

4、量船上，标校经纬仪作为测量船航向的基准，在载人航天海上测控任务中，由于测量海区多数情况下气候恶劣，经纬仪无法进行测星为惯导提供航向误差。新一代航天测量船装备了静电陀螺监控器(简称静电或ESGM),其导航信息具有高精度、高稳定性、全天候等特点。而在以往，ESGM设备多应用于水下潜艇，装备在航天测量船上是该设备在国内水面大型舰艇上的首次应用，其使用方法在国内尚属空白。因此，充分研究新设备的性能特点，发挥其优势，对于测量船执行海上测控任务具有重要意义。1标校原理ESGM在标校过程中，并列运行着两个通道，即测量通道和解算通道。它们之间确定的解算坐标系与测量坐标系的差值

5、ASi.ASi,仅包含了陀螺漂移系数误差和陀螺H轴初始的位置角误差：△S・MS■■-AS"△6△5■■其中，m、s分别代表了测量通道和解算通道；S、6分别代表陀螺动量矩轴的时角、赤纬坐标。标校过程就是通过观测ASi、A§i对陀螺漂移系数误差及陀螺H轴初始位置误差进行确立并予以修正的过程，这个过程通常进行48小时。1.1ESGM误差状态方程ESGM误差方程的状态空间表达式为：■E=FEXE+GEWE(2)系统的状态变量为对准矢量：X■二wASB,AS・，AmH9An・，Anl■(3)式中，△§i、ASi表示上下陀螺的位置角误差，AinOi、△nli、An22为陀

6、螺漂移模型系数，其中匸1,2分别表示极陀螺和赤道陀螺。FE为9X9维的时变系数矩阵，其表达式为：F■二0QcosSBcos?字・sin?字・coshH00000・0■0000000-B・OOOOOOOOO-B・00000000000cos?字・coshBsin?字・sin2hHsin?字■000000■-■000000-000000000-000000000-(4)GE为9X6维的噪声干扰矩阵：g■二o・ohoaihohiaoa()■■■；w■为系统噪声干扰矢量：WH=O■G)■G)■G)■G)■G)■■o1.2ESGM误差观测方程为增加系统的可观测性，选择带

7、有漂移模型系数误差和陀螺初始角位置误差的信息作为观测量：Z二Z・，Z・，(5)其中Z・，Z・，Z■为ASi、的组合，它们的关系式为：Z■二△5■+AS・sinS△5■cosS・cosS・Z■二△6■cosSBcos入+AS・sin入Z■二AS・+ASBcosX-A6BcosSHsin入tge(6)式中ASI、A5EAS2、A§2是按精确的入、？准、k所计算的理论值与测量值之差值。考虑到测量过程中存在各种干扰，当测量干扰为白噪声时，测量方程表示为：y■二H・X・+V・(7)而y■二Z・y■二Z・y■二Z・cose其中，XE为误差系统状态，VE=VHV・V■■为白

8、噪声过程，HE为测量矩阵，表达式为：H