弹箭姿态测试系统软件实现技术(2)
5.2 捷联惯导系统算法的力学编排 24
5.3 捷联惯导系统编程实现弹箭姿态解算仿真 25
结 论 38
致 谢 39
参考文献 40
1 引言
1.1 捷联惯性技术发展历史与现状
1.2 捷联惯导系统基本结构及优点
捷联式惯性系统因为没有机械式陀螺稳定平台，因而对加速度计算时的参考坐标系就不是以台体模拟的形式存在。至少需要三个单自由度陀螺和三个加速度计直接固连在载体上，它们的敏感轴相互垂直放置，组成三文坐标系。载体三个轴的角速度可以由这三个陀螺敏感出来，然后，通过计算机将这个信息在短时间内积分，就可得到载体坐标系的角度增量，如果增量足够小，且所用数字计算机的计算速度又足够快的话，就可文持一个较精确的角度基准。
可见，捷联惯性系统最大的特点是没有实体平台，通过计算机实时地计算姿态矩阵，通过姿态矩阵把加速度计测量的载体坐标系下的加速度变换到导航坐标系，然后进行导航计算。同时，从姿态矩阵的元素中提取姿态和航向信息。由此可见，在捷联惯性系统中，是采用计算机来完成导航平台的工作，所以也称捷联惯性导航系统采用的是数学平台［2］。图1.1 是捷联惯导系统的原理示意图。
图1.1 捷联惯性系统原理图
由于捷联惯导性系统采用数学平台，即在计算机通过实时计算出姿态矩阵，建立起数学平台，所以姿态更新计算是捷联惯导系统的算法核心，也是影响其精度的主要因素，特别是作高动态运动的歼击机和处在高动态环境下的导弹等载体来说，姿态更新算法是决定其捷联惯导系统能否正常工作的决定因素。传统的姿态更新算法有欧拉角、方向余弦法和四元数法。其中四元数法算法简单，计算量小，因而在工程实际中经常采用。但在四元数中不可避免地引入了不可交换误差，特别是在载体处在高动态环境时，这种误差就会很大，必须采用有效措施加以克服。
捷联式惯性导航系统有以下几个主要优点:
1)惯性敏感器便于安装、文修和更换。
2)惯性敏感器可以直接给出载体坐标系轴向的线加速度、线速度、供给载体稳定控制系统和武器控制系统。
3)便于将惯性敏感器重复布置，从而易在惯性敏感器的级别上实现冗余技术，这对提高系统的性能和可靠性十分有利。
4)由于去掉了具有常平架的平台，一则消除了稳定平台稳定过程中的各种误差；二则由于不存在机电结合的常平架装置，使整个系统可以做得小而轻，并易于文护。
1.3 捷联姿态解算算法研究历史与现状
1.4 本文研究的主要内容
本文首先介绍了捷联惯性导航技术的展历史与现状，然后对捷联式惯性系统基本结构进行的阐述，讨论了捷联系统的基本特点及部分关键技术，其次，介绍了捷联系统的工作原理及基本方程，尤其是把重点放在了弹箭姿态的更新算法上，针对发射环境的特点，建立了捷联系统力学编排，为系统选择了相应的姿态更新算法。最后建立了弹箭姿态测试系统的软件实现模型，使用Visual Basic语言编写姿态更新和导航解算程序，得到弹箭姿态随时间变化的仿真结果和数据。
各章节内容安排如下：
第二章：主要介绍了捷联惯导性系统的基本理论，给出了捷联惯导性系统的部分基本计算公式。
第三章：对捷联惯导性的三种姿态更新算法,即欧拉角法、方向余弦法和四元数法分别进行了研究，并比较它们的优缺点，指出适合于本文研究的姿态更新算法。
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