捷联惯导系统六加速度计配置方案研究

　　1引言

　　无陀螺捷联惯导系统是一种只用加速度计作为测量敏感元件的捷联惯导系统，加速度计承担获取载体角速度和线加速度信息的功能。与具有陀螺的捷联惯导系统相比，无陀螺捷联惯导系统具有成本低、功耗小、寿命长、可靠性高、启动速度快和便于维护和维修等优点，特别适用于具有大角速度和大角加速度动态范围的载体的导航。目前，无陀螺捷联惯导系统有九加速度计和六加速度计两种安装方式l3]，两种安装方式各有优缺点，其中六加速度计安装方式虽然精度不如九加速度计安装方式，但具有成本低、无用信息少等优点，因而该配置方式的研究有很重要的意义。

　　2无陀螺捷联惯导系统原理

　　针对具有大角速度和大角加速度的短时飞行的动态载体(例如:制导式炮弹)，提出一种加速度计配置方式。在下面的讨论中，为了简化运算而又不失一般性，将忽略重力的影响和地球自转的影响。

　　定义惯性坐标系为1坐标系，弹体坐标系为b坐标系，则载体动点的加速度为:

　　3六加速度计三棱柱安装方式及其方程编

　　六加速度计三棱柱安装方式如图1所示，即在三棱柱的顶点上各安装一个线性加速度计。

　　通过合理配置每个加速度计的敏感轴方向，可用六个线性加速度计的测量值计算出载体的三个转动角加速度、角速度和三个线加速度。加速度计的位置r,由距离因子P" 9和敏感方向Br标定，其中i=1,2,w,6o r,和氏的表达式如下:

　　且可以计算获得冗余信息:

　　4载体角加速度和角速度计算值误差的估算及补偿

　　通过上述计算可以获得载体角加速度，经积分就可解得载体角速度的计算值，但是这只是理论计算值，与加速度计的真实测量结果会有很大差别。如何提高角加速度的解算精度非常重要，它直接影响着整个导航系统的精度。为满足导航精度要求，必须对角加速度计算值进行补偿。引起加速度计误差的因素很多，例如安装误差、零偏误差等，因此，为提高加速度计的测量精度、角加速度计算精度及系统导航精度，必须对加速度计进行误差分析，建立误差模型，并采用有效的误差补偿和修正方法。对角加速度补偿后积分得到如下的角速度计算值:

　　姿态转换阵和姿态角。在工程应用中，采用上述误差补偿和修正算法对提高角速度计算值的精度和无陀螺捷联惯导系统的精度有着非常重要的实际意义。

　　5结论

　　本文结合制导式炮弹的研究，提出了六加速度计在载体上的三棱柱配置方式。与其它方式的无陀螺捷联惯导加速度计配置方式相比，该配置方式具有安装灵活性强的特点，可以依据不同载体的具体情况调节三棱柱的长度。文中还推导了三棱柱配置方式的力学编排方程，在此基础上，对采用该安装方案的载体角加速度和角速度计算值误差的估算及补偿进行探讨研究，通过仿真验证了这种安装方式的可行性。对采用这种安装方式的捷联惯导系统的研究还有待进一步完善加强，它的实际应用具有重要的意义。