舰载武器惯导系统传递对准性能评估方法研究

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舰载武器惯导传递对准的对准时间和对准精度直接影响了武器装备的快速反应能力和精确打击效果。然而,主惯导导航精度、舰船机动方式、主子惯导匹配方法、杆臂效应、挠曲效应等因素均对传递对准效果产生了不同程度的影响。传递对准精度评估通过获取对准结束时刻的姿态误差,能有效完成舰载武器惯导传递对准的性能分析,逐步成为舰船导航领域的一项关键研究技术。然而,传统机载领域的评估方法在舰载领域并不适用。因此,探索研究适用于舰载领域的武器惯导系统精度评估方法,具有重要的理论和实际应用价值。论文以舰载武器惯导传递对准精度评估为研究对象,围绕实测数据评估和仿真验证两种评估手段,对涉及的关键技术和问题开展深入研究和分析。论文首先以捷联惯导系统的误差方程为基础,建立“速度+角速度”传递对准算法,通过定量分析关键因素对传递对准性能的影响,指出开展舰载武器惯导传递对准精度评估的必要性。而后,针对机载领域单纯采用差分GPS“速度+位置”信息时,方位误差观测对载体机动特性要求高的问题,借鉴“线运动+角运动”传递对准算法的思想,提出基于复合观测量的传递对准精度评估方法,即引入旋转式惯导系统的姿态信息作为观测量,设计“差分GPS速度+差分GPS位置+主惯导姿态”的传递对准精度评估方法,使得载体仅需“摇摆”状态就能实现精度评估,提高精度评估速度和适应性。同时,针对主惯导水平、方位姿态精度不同的特性,以及避免主惯导处于误差振荡峰值影响传递对准精度的问题,提出基于分类自适应滤波器代替传统的Kalman滤波器的精度的评估方法,并以差分GPS作为判据标准,作为自适应因子调整的依据。仿真结果表明,基于复合观测量的传递对准精度评估方法,能同时达到降低载体机动特性要求和提高对准精度评估效果的目标。为同时兼顾天文导航系统姿态精度高、舰载主惯导系统姿态信息自主性强的优点,论文提出并研究基于多观测信息容错联邦滤波思想的传递对准精度评估方法,分别以天文导航、舰载主惯导与子惯导构成子滤波器,而后进行融合输出。针对天文导航信息不自主而引入观测信息的阶跃误差、斜坡误差和随机噪声误差,提出基于小波模极大值变化的故障检测方法,对系统的故障和故障类型进行检测和重构。仿真表明该方法能大大提高精度评估算法的精度性能,以及对外部环境的适应性。基于实测试验中存在试验边界条件不完善、评估效果只能依赖平滑算法间接获得的问题,论文探索基于仿真思想的传递对准精度评估方法。而为了提高仿真的逼真度,提出并设计基于舰船空间运动与旋转式捷联惯导相结合的传递对准性能验证算法。即引入舰船空间运动模型,考虑船体挠曲变形、杆臂效应等干扰因素的基础上,研究并设计舰船空间运动输出至惯导系统导航解算输入的转换算法,实现平台式惯导系统、捷联式惯导系统和单轴旋转捷联惯导系统量测输入的正确转换,避免传统在载体运动方式的设计上过于理想单一的问题,使得传递对准性能仿真更接近真实环境。最后,以仿真验证算法为基础,开展传递对准仿真验证系统软件设计。丰富多样化的仿真场景设置,使用户可以方便的配置舰船的基准运动状态、主子惯导系统的参数、系统的初始状态、仿真时间等参数;基于动态链接库的方法,能完成多种传递对准算法性能的仿真验证。多组仿真条件的仿真结果表明,该软件能正确完成舰船空间运动环境下的舰载武器惯导传递对准性能仿真验证。
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