一种基于速度误差开环修正的提高惯性制导精度的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于速度误差开环修正的提高惯性制导精度的方法，包括：获取惯性制导遥外测速度误差和位置误差；对惯性制导遥外测速度误差和位置误差进行开环修正和补偿，得到遥外测速度观测量；根据飞行环境函数关系，构建制导工具误差模型；采用最小二乘法求解出制导工具误差的值；根据求解出的制导工具误差的值，对遥外测速度观测量进行补偿，以提高惯性制导精度。本发明专利技术克服了现有方案忽略速度反馈、位置反馈时近似线性化引起速度环境函数与遥外测速度误差不匹配，进而导致不能精确求解惯性制导工具误差系数的不足的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于速度误差开环修正的提高惯性制导精度的方法
本专利技术属于惯性导航与惯性制导
，尤其涉及一种基于速度误差开环修正的提高惯性制导精度的方法。
技术介绍
当前航天飞行器的惯性导航主要采用陀螺仪和加速度计构成的惯性测量系统(捷联系统或平台系统)作为运动信息测量部件，其精度直接决定了航天飞行器的制导精度，因此，把惯性测量系统的误差一般称作惯性制导工具误差。由于惯性测量系统的误差不可直接观测，而须通过外部测量的速度、姿态等信息来补偿或修正惯性测量系统的误差以提高制导精度，这就牵涉到如何分离出惯性测量系统的误差系数，或惯性制导工具误差系数。在利用弹道导弹遥外测数据分离惯性测量系统误差系数时，可采用遥外测速度误差误差作为观测量，其优点是速度误差反映了加速度计组合和陀螺仪组合的测量误差，另外一个优点是建立速度环境函数矩阵后可直接通过解方程求解误差系数，过程中没有微分解算。建立速度环境函数主要基于惯性导航误差传播方程，由于存在着速度误差、位置误差和姿态角误差反馈，为一个非线性多变量交链方程，因此，难以建立所需的线性方程从而求解工具误差。目前，在工程实际中主要采用了简化的方案，忽略了姿态角误差对姿态角速度的反馈作用，也忽略了速度误差和位置误差对加速度误差的反馈作用。该简化方案适宜于飞行时间较短的弹道导弹主动段应用场景，在关机点时刻可认为速度误差和位置误差引起的反馈作用非常小，从而影响落点精度的主要因素是惯性器件的误差。但随着全程制导飞行时间的量级增加，该简化方案已显露出不足，表现为长时间飞行时舒拉周期的影响、地球几何模型的影响、重力异常的影响等都会导致分离的误差系数偏离真值较大，从而导致制导精度下降。为此，如何在反映惯性导航误差传播客观存在反馈的约束条件下，实现基于弹道导弹遥外测数据的惯性测量系统误差系数精确分离是一个难题。需要寻找一种精确的基于遥外测数据估计制导工具误差系数分离方法，以提高惯性制导的精度。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于速度误差开环修正的提高惯性制导精度的方法，克服了现有方案忽略速度反馈、位置反馈时近似线性化引起速度环境函数与遥外测速度误差不匹配，进而导致不能精确求解惯性制导工具误差系数的不足的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于速度误差开环修正的提高惯性制导精度的方法，包括：获取惯性制导遥外测速度误差和位置误差；对惯性制导遥外测速度误差和位置误差进行开环修正和补偿，得到遥外测速度观测量；根据飞行环境函数关系，构建制导工具误差模型，其中，所述制导工具误差模型满足线性关系；采用最小二乘法求解出制导工具误差的值；根据求解出的制导工具误差的值，对遥外测速度观测量进行补偿，以提高惯性制导精度。在上述基于速度误差开环修正的提高惯性制导精度的方法中，获取惯性制导遥外测速度误差和位置误差，包括：获取导弹相对发射点地球坐标系的遥外测速度误差和位置误差其中，δvx、δvy和δvz分别表示导弹在发射点地球坐标系O-XYZ的三个轴上的速度分量，δrx、δry和δrz分别表示导弹在发射点地球坐标系O-XYZ的三个轴上的位置分量。在上述基于速度误差开环修正的提高惯性制导精度的方法中，对惯性制导遥外测速度误差和位置误差进行开环修正和补偿，得到遥外测速度观测量，包括：分别确定和的序列值和其中，i＝1,2,…N，采样间隔周期为ΔT，对应的时间ti＝ΔT,2ΔT,…NΔT；根据求解地球转速引起的速度修正量的序列值根据求解重力加速度引起的速度修正量的序列值根据和求解得到经反馈修正后的新的速度误差序列值根据求解得到的经反馈修正后的新的速度误差序列值确定遥外测速度观测量。在上述基于速度误差开环修正的提高惯性制导精度的方法中，根据求解地球转速引起的速度修正量的序列值包括：设i＝0时的初值Δv1x＝0、Δv1y＝0、Δv1z＝0；计算下式(1)：其中，表示地球自转角速度在发射点地球坐标系中矢量，ωie表示地球自转角速度，ωie,x、ωie,y和ωie,z分别表示ωie在发射点地球坐标系O-XYZ的三个轴上的分量；γ0表示发射点方位角，表示发射点的纬度；当i<N-1时，i＝i+1，返回所述计算下式(1)的步骤；否则，结束。在上述基于速度误差开环修正的提高惯性制导精度的方法中，根据求解重力加速度引起的速度修正量的序列值包括：设i＝0时的初值Δv2x＝0、Δv2y＝0、Δv2z＝0；计算下式(2)其中，Br表示位置反馈矩阵；当i<N-1时，i＝i+1，返回所述计算下式(2)的步骤；否则，结束。在上述基于速度误差开环修正的提高惯性制导精度的方法中，在东北天地理坐标系中，位置反馈矩阵Br表示为：其中，g表示在高度为h时的重力加速度，g0表示地球水平面的重力加速度，h表示海拔高度，R表示地球半径，ωs表示舒拉角频率，表示地心地球直角坐标系至发射点地球坐标系的变换矩阵，表示东北天地理坐标系至地心地球直角坐标系的变换矩阵，表示地心地球直角坐标系至东北天地理坐标系的变换矩阵，表示发射点地球坐标系至地心地球直角坐标系的变换矩阵；在发射点地球坐标系中，位置反馈矩阵Br表示为：其中，fM表示万有引力常数与地球质量乘积；r＝(x,y,z)表示弹体相对地心的位置坐标。在上述基于速度误差开环修正的提高惯性制导精度的方法中，根据飞行环境函数关系，构建制导工具误差模型，包括：根据求解得到的经反馈修正后的新的速度误差序列值确定的遥外测速度观测量Y的序列值如下：确定环境函数矩阵C：其中，表示安装加速度计的本体坐标系至发射点地球坐标系的变换矩阵；表示三个加速度计的测量输出误差矢量；xaj表示与加速度计有关的误差系数，j＝1,2…p；Aφ表示姿态角误差至速度误差的环境函数矩阵；Aε表示陀螺仪误差系数至姿态角误差的环境函数矩阵；表示陀螺仪漂移；xgk表示与陀螺仪有关的误差系数，k＝1,2…q；确定制导工具误差系数X：构建制导工具误差模型：Y＝CX。在上述基于速度误差开环修正的提高惯性制导精度的方法中，Aφ＝[Aφ1Aφ2Aφ3]其中，φx、φy和φz分别表示弹体相对于发射点地球坐标系的三个方向的姿态角分量；ax、ay和az分别表示加速度计组合测量的三个方向的视加速度分量。在上述基于速度误差开环修正的提高惯性制导精度的方法中，采用最小二乘法求解出制导工具误差的值，包括：采用最小二乘法，对X＝(CTC)-1CTY进行求解，得到制导工具误差的值；其中，在对X＝(CTC)-1CTY的求解过程中采用显著性检验，将不显著的状态变量直接置为零。在上述基于速度误本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于速度误差开环修正的提高惯性制导精度的方法，其特征在于，包括：/n获取惯性制导遥外测速度误差和位置误差；/n对惯性制导遥外测速度误差和位置误差进行开环修正和补偿，得到遥外测速度观测量；/n根据飞行环境函数关系，构建制导工具误差模型，其中，所述制导工具误差模型满足线性关系；/n采用最小二乘法求解出制导工具误差的值；/n根据求解出的制导工具误差的值，对遥外测速度观测量进行补偿，以提高惯性制导精度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于速度误差开环修正的提高惯性制导精度的方法，其特征在于，包括：
获取惯性制导遥外测速度误差和位置误差；
对惯性制导遥外测速度误差和位置误差进行开环修正和补偿，得到遥外测速度观测量；
根据飞行环境函数关系，构建制导工具误差模型，其中，所述制导工具误差模型满足线性关系；
采用最小二乘法求解出制导工具误差的值；
根据求解出的制导工具误差的值，对遥外测速度观测量进行补偿，以提高惯性制导精度。


2.根据权利要求1所述的基于速度误差开环修正的提高惯性制导精度的方法，其特征在于，获取惯性制导遥外测速度误差和位置误差，包括：
获取导弹相对发射点地球坐标系的遥外测速度误差和位置误差



其中，δvx、δvy和δvz分别表示导弹在发射点地球坐标系O-XYZ的三个轴上的速度分量，δrx、δry和δrz分别表示导弹在发射点地球坐标系O-XYZ的三个轴上的位置分量。


3.根据权利要求2所述的基于速度误差开环修正的提高惯性制导精度的方法，其特征在于，对惯性制导遥外测速度误差和位置误差进行开环修正和补偿，得到遥外测速度观测量，包括：
分别确定和的序列值和



其中，i＝1,2,…N，采样间隔周期为ΔT，对应的时间ti＝ΔT,2ΔT,…NΔT；
根据求解地球转速引起的速度修正量的序列值
根据求解重力加速度引起的速度修正量的序列值
根据和求解得到经反馈修正后的新的速度误差序列值



根据求解得到的经反馈修正后的新的速度误差序列值确定遥外测速度观测量。


4.根据权利要求3所述的基于速度误差开环修正的提高惯性制导精度的方法，其特征在于，根据求解地球转速引起的速度修正量的序列值包括：
设i＝0时的初值Δv1x＝0、Δv1y＝0、Δv1z＝0；
计算下式(1)：



其中，表示地球自转角速度在发射点地球坐标系中矢量，ωie表示地球自转角速度，ωie,x、ωie,y和ωie,z分别表示ωie在发射点地球坐标系O-XYZ的三个轴上的分量；γ0表示发射点方位角，表示发射点的纬度；
当i<N-1时，i＝i+1，返回所述计算下式(1)的步骤；否则，结束。


5.根据权利要求4所述的基于速度误差开环修正的提高惯性制导精度的方法，其特征在于，根据求解重力加速度引起的速度修正量的序列值包括：
设i＝0时的初值Δv2x＝0、Δv2y＝0、Δv2z＝0；
计算下式(2)



其中，Br表示位置反馈矩阵；
当i<N-1时，i＝i+1，返回所述计算下式(2)的步骤；否则，结束。


6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏宗康，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11