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2024-12-02
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INSGPS组合导航系统动基座初始对准研究
INSGPS组合导航系统动基座初始对准研究
摘要:目前,组合导航系统已成为现代导航技术中的主流,其中INSGPS组合导航系统是最常用的组合导航系统之一。组合导航系统中的动基座初始对准是系统能否实现高精度导航的关键步骤之一。本文主要讨论了INSGPS组合导航系统动基座初始对准问题,包括对动基座初始对准的定义、动基座初始对准的实现方法,以及影响动基座初始对准精度的因素等。
关键词:INSGPS组合导航系统、动基座初始对准、精度、影响因素
Introduction
组合导航系统是一种集成多种导航传感器信息的导航技术,具有高精度、高鲁棒性和高可靠性等优点。INSGPS组合导航系统是其中的代表之一,它由惯性导航系统(INS)和全球定位系统(GPS)组成,通过将两者的优点进行融合,实现了对航空器、船舶、汽车等移动平台的高精度导航。
在INSGPS组合导航系统中,动基座初始对准是其中的一个重要环节,它所包括的信息对后续的导航计算结果有很大的影响。因此,精度要求高的导航系统都必须进行良好的初始对准,保证系统的稳定性和精度。
一、动基座初始对准的定义
动基座初始对准指的是通过机械手段使得惯性导航系统的运动平台(即基座)在航空器静止状态下,以航向轴为轴线进行的初始对准过程。这个过程将确定航向轴的位置,从而确定了GPS信号输入INS之后INS输出的导航坐标系的起始方向和角度。
在过程中,惯性测量装置(IMU)和GPS接收机(GPSRx)通过在机体坐标系下采集的相关数据,完成动基座的初始对准过程,即确定基座初始时刻的姿态和速度。
二、动基座初始对准的实现方法
动基座初始对准的实现主要有两种方法:标准初始对准和精密初始对准。
(1)标准初始对准
标准初始对准方法指的是在航空器处于静止状态下,在大概30-40分钟的时间内,对动基座进行多次姿态测量(一般不少于3次),以确定基座的几何中心,在惯性测量装置(IMU)和GPS接收机(GPSRx)中的误差,同时计算出偏差,进而提高INSGPS组合导航系统的精度。标准初始对准的优点在于不需要复杂的仪器,简单易行,但缺点是精度不够高。
(2)精密初始对准
精密初始对准方法是相对于标准初始对准方法而言的,它在航空器静止状态下,通过机械手段使得惯性测量装置(IMU)和GPS接收机(GPSRx)的测量轴,与航空器机身几何中心、一定装置或安装平台上的正北方向尽可能地保持一致,从而使得航向轴的位置和方向在较短时间内(一般不超过5分钟)得以确定。由于计算误差将极小,因此精度较高。但实现精密初始对准需要使用复杂的设备,姿态环境严格也会影响结果。
三、影响动基座初始对准精度的因素
(1)环境条件
动基座初始对准的环境条件对测量精度有很大的影响。一般情况下,平静的天气、无风、平坦的地形以及温度的稳定等条件,可以使整个测量过程更为稳定,提高高精度导航的精度。
(2)仪器精度
IMU、GPS接收机等测量仪器的精度也是影响动基座初始对准精度的一个重要因素。这些仪器的精度包括静态和动态响应,因此选择高精度的IMU、GPS接收机,可以有效地提高动基座初始对准的精度。
(3)航空器运动状态
航空器在运动状态下,其机体坐标系和地球坐标系之间的相对运动会导致基座的类似于哈曼姆转移的现象,进而对动基座的初始对准精度产生影响。因此,在进行动基座初始对准时,应尽量保证航空器静止状态下,或者在运动速度极慢的情况下进行初始对准。
结论
动基座初始对准是INSGPS组合导航系统中重要的一环,对INSGPS组合导航系统的精度和稳定性具有至关重要的作用。本文对动基座初始对准的定义、实现方法和影响因素等进行了讨论,提出了航空器静止、仪器精度、环境条件等方面的需要注意的因素,并为导航项目的开发和研究提供了依据。
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