CN102435206A - 捷联惯导***机上安装偏角的自动标定及补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于惯性导航技术,涉及捷联惯导***在机上安装偏角的自动标定及补偿设计方法。本发明设计的捷联惯导***机上安装偏差自动标定、补偿方法,仅需要在捷联惯导***托架首次安装在飞机上后,做一次正常罗经对准并转导航,将捷联惯导***输出的姿态、航向与基准姿态、航向进行比较,自动标定出捷联惯导***托架坐标系与飞机机体系的安装偏角,并将其保存在捷联惯导***存储单元内。通过在捷联惯导***软件内设计安装偏角补偿算法,在捷联***正常工作过程中,精确补偿上述安装偏角,满足飞机对捷联惯导***姿态、航向及其它导航参数的输出显示及控制要求。
Description
技术领域
本发明属于惯性导航技术,涉及捷联惯导***在机上安装偏角的自动标定及补偿设计方法。
背景技术
捷联惯导***安装在飞机上时,其安装托架坐标系的三个轴与飞机机体坐标系的三个轴不重合,存在安装偏角,因此捷联惯导***输出的姿态、航向与飞机实际的姿态、航向不一致,影响飞机的显示及控制精度。为了满足使用要求,需要对惯导***托架进行机械校准,且要求校准精度在±3′以内,因此惯导***托架坐标系与飞机机体坐标系不完全重合,存在安装误差角。惯导***用托架坐标系到导航坐标系的转换矩阵C代替机体坐标系到导航坐标系的转换矩阵,并用从C矩阵提取的托架的姿态、航向代替机体的姿态航向,因此造成机体系姿态、航向输出误差。
发明内容
本发明的目的是提出一种能够自动对安装偏角进行自动标定、补偿的捷联惯导***在机上安装偏角的自动标定及补偿方法。本发明的技术解决方案是,当在飞机上重新安装捷联惯导***托架时,对捷联惯导***安装偏角进行自动标定,其步骤是:
(a)将捷联惯导***托架安装在飞机上;
(b)将捷联惯导***安装在托架上;
(c)将飞机调平;
(d)捷联惯导***通电,完成正常罗经对准后转导航,并记录刚转导航后惯导***输出的姿态、航向角;
(e)测量飞机纵轴与惯导托架纵轴的航向安装误差角,并记录该航向安装误差角。
当捷联惯导***在通电工作时,首先调取标定步骤中得到的姿态、航向安装误差角,捷联惯导***完成对准转入导航状态后,通过***内部的补偿公式,对姿态、航向安装误差角进行补偿,其补偿计算步骤为:
●计算机体系到导航坐标系的转换矩阵C′:
其中:
C11=cos(γ)·cos(ψ)+sin(γ)·sin(θ)·sin(ψ);
C12=cos(θ)·sin(ψ);
C13=sin(γ)·cos(ψ)-cos(γ)·sin(θ)·sin(ψ);
C21=-cos(γ)·sin(ψ)+sin(γ)·sin(θ)·cos(ψ);
C22=cos(θ)·cos(ψ);
C23=-sin(γ)·sin(ψ)-cos(γ)·sin(θ)·cos(ψ);
C31=-cosθ·sinγ;
C32=sinθ;
C33=cosθ·cosγ;
D11=cos(δψ)·cos(δγ)+sin(δψ)·sin(δθ)·sin(δγ);
D12=-sin(δψ)·cos(δγ)+cos(δψ)·sin(δθ)·sin(δγ);
D13=-cos(δθ)·sin(δγ);
D21=sin(δψ)·cos(δθ);
D22=cos(δψ)·cos(δθ);
D23=sin(δθ);
D31=cos(δψ)·sin(δγ)-sin(δψ)·sin(δθ)·cos(δγ);
D32=-sin(δψ)·sin(δγ)-cos(δψ)·sin(δθ)·cos(δγ);
D33=cos(δθ)·cos(δγ);
θ、γ、ψ分别为补偿安装偏角之前惯导***计算的俯仰、横滚、航向角;
δθ、δγ、δψ分别为惯导***托架坐标系相对机体坐标系的俯仰、横滚、航向安装偏角;
●利用C′计算补偿安装偏角之后的俯仰θ′、横滚γ′、航向角ψ′
θ′=sin-1(C′32)
γ′主值=tg-1(-C′31/C′33)
γ′的取值由表1确定。
表1 γ′确定方法
其中:E1=1.7×10-6为判定横滚角是否为0.5π或-0.5π的门了限值,
ψ′计算公式如下:
ψ′主值=tg-1(C′12/C′22),ψ取值由表2确定
表2 ψ确定方法
其中:E2=5×10-6为判定航向角是否为0.5π或1.5π的门限值
本发明具有的优点和有益效果是,本发明仅需要在捷联惯导***托架首次安装在飞机上后,做一次正常罗经对准并转导航。将捷联***输出的姿态、航向与基准姿态、航向进行比较,自动计算出捷联惯导***托架坐标系与飞机机体系的安装偏角,并将其保存在捷联惯导***存储单元内。通过在***软件内设计安装偏角补偿算法,在捷联惯导***正常工作过程中,精确补偿上述安装偏角。
本发明的安装偏角自动标定、补偿方法精度高,且省去了对捷联惯导***安装托架进行精确机械校准的要求,工程使用简单、方便,缩短了惯导***在机上使用的调试、校准周期,提高了捷联惯导***的姿态、航向、及机体系速度、角速度等对外输出信息的精度。
附图说明
图1捷联惯导***机上安装偏角自动标定流程图;
图2捷联惯导***机上安装偏角补偿流程图。
具体实施方法
捷联惯导***机上安装偏角标定、补偿分两步完成。下面分别对捷联惯导***机上安装偏角标定、捷联惯导***安装偏角补偿的具体实施方法分别进行说明。
1.捷联惯导***机上安装偏角自动标定实施方法
捷联惯导***机上安装偏角自动标定流程图见图1。捷联惯导***机上安装偏角的标定工作在机上进行。标定结束后将标定出的安装偏角存储起来。只要惯导***安装托架没有重新拆卸,则无需再标定该安装偏角。
2.捷联惯导***机上安装偏角补偿实施方法
捷联惯导***机上安装偏角补偿流程图见图2。惯导***每次通电工作,完成对准转入导航状态后,通过***内部的补偿软件计算补偿安装偏角之后的姿态、航向角并对外输出,实现惯导***安装偏角的自动补偿。
捷联惯导***机上安装偏角补偿计算步骤为:
●计算机体系到导航坐标系的转换矩阵C′:
其中:
C11=cos(γ)·cos(ψ)+sin(γ)·sin(θ)·sin(ψ);
C12=cos(θ)·sin(ψ);
C13=sin(γ)·cos(ψ)-cos(γ)·sin(θ)·sin(ψ);
C21=-cos(γ)·sin(ψ)+sin(γ)·sin(θ)·cos(ψ);
C22=cos(θ)·cos(ψ);
C23=-sin(γ)·sin(ψ)-cos(γ)·sin(θ)·cos(ψ);
C31=-cosθ·sinγ;
C32=sinθ;
C33=cosθ·cosγ;
D11=cos(δψ)·cos(δγ)+sin(δψ)·sin(δθ)·sin(δγ);
D12=-sin(δψ)·cos(δγ)+cos(δψ)·sin(δθ)·sin(δγ);
D13=-cos(δθ)·sin(δγ);
D21=sin(δψ)·cos(δθ);
D22=cos(δψ)·cos(δθ);
D23=sin(δθ);
D31=cos(δψ)·sin(δγ)-sin(δψ)·sin(δθ)·cos(δγ);
D32=-sin(δψ)·sin(δγ)-cos(δψ)·sin(δθ)·cos(δγ);
D33=cos(δθ)·cos(δγ);
θ、γ、ψ分别为补偿安装偏角之前惯导***计算的俯仰、横滚、航向角;
δθ、δγ、δψ分别为惯导***托架坐标系相对机体坐标系的俯仰、横滚、航向安装偏角。
●利用C′计算补偿安装偏角之后的俯仰θ′、横滚γ′、航向角ψ′
θ′=sin-1(C′32)
γ′主值=tg-1(-C′31/C′33)
γ′的取值由表1确定。
表1 γ′确定方法
其中:E1=1.7×10-6为判定横滚角是否为0.5π或-0.5π的门限值,
ψ′计算公式如下:
ψ′主值=tg-1(C′12/C′22),ψ取值由表2确定
表2 ψ确定方法
其中:E2=5×10-6为判定航向角是否为0.5π或1.5π的门限值。
Claims (1)
1.捷联惯导***在机上安装偏角的自动标定及补偿方法,其特征是:
1)当在飞机上重新安装捷联惯导***托架时,对捷联惯导***的安装偏角进行自动标定;
2)在捷联***正常工作过程中,利用***软件精确补偿上述安装偏角;
安装偏角自动标定的步骤是:
(a)将捷联惯导***托架安装在飞机上;
(b)将捷联惯导***安装在托架上;
(c)将飞机调平;
(d)捷联惯导***通电,完成正常罗经对准后转导航,并记录刚转导航后惯导***输出的姿态、航向角;
(e)测量飞机纵轴与惯导托架纵轴的航向安装误差角,并记录该航向安装误差角;
安装偏角自动补偿的步骤是:
(a)捷联惯导***在通电工作时,首先调取标定步骤中得到的姿态、航向安装误差角;
(b)捷联惯导***完成对准转入导航状态后,通过***内部的补偿公式,对姿态、航向安装误差角进行补偿。其补偿计算步骤为:
●计算机体坐标系到导航坐标系的转换矩阵C′
其中:
C11=cos(γ)·cos(ψ)+sin(γ)·sin(θ)·sin(ψ);
C12=cos(θ)·sin(ψ);
C13=sin(γ)·cos(ψ)-cos(γ)·sin(θ)·sin(ψ);
C21=-cos(γ)·sin(ψ)+sin(γ)·sin(θ)·cos(ψ);
C22=cos(θ)·cos(ψ);
C23=-sin(γ)·sin(ψ)-cos(γ)·sin(θ)·cos(ψ);
C31=-cosθ·sinγ;
C32=sinθ;
C33=cosθ·cosγ;
D11=cos(δψ)·cos(δγ)+sin(δψ)·sin(δθ)·sin(δγ);
D12=-sin(δψ)·cos(δγ)+cos(δψ)·sin(δθ)·sin(δγ);
D13=-cos(δθ)·sin(δγ);
D21=sin(δψ)·cos(δθ);
D22=cos(δψ)·cos(δθ);
D23=sin(δθ);
D31=cos(δψ)·sin(δγ)-sin(δψ)·sin(δθ)·cos(δγ);
D32=-sin(δψ)·sin(δγ)-cos(δψ)·sin(δθ)·cos(δγ);
D33=cos(δθ)·cos(δγ);
θ、γ、ψ分别为补偿安装偏角之前惯导***计算的俯仰、横滚、航向角;
δθ、δγ、δψ分别为惯导***托架坐标系相对机体坐标系的俯仰、横滚、航向安装偏角;
●利用C′计算补偿安装偏角之后的俯仰θ′、横滚γ′、航向角ψ′
θ′=sin-1(C′32)
γ′主值=tg-1(-C′31/C′33)
γ′的取值由表1确定。
表1 γ′确定方法
其中:E1=1.7×10-6为判定横滚角是否为0.5π或-0.5π的门限值,
ψ′计算公式如下:
ψ′主值=tg-1(C′12/C′22),ψ取值由表2确定
表2 ψ确定方法
其中:E2=5×10-6为判定航向角是否为0.5π或1.5π的门限值。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant |