速度+方位角传递对准在直升机载导弹传递对准中的应用
李群生 赵剡 鲁浩 徐剑芸 王进达
摘要：针对直升机机动的特点，本文采用“速度+方位角”匹配传递对准方案，推导了系统的状态方程和量测方程，提出了一种新的可观测度改进方法，对其进行了证明。采用此方法分析了系统的可观度，进行了多种机动方式仿真研究，从中选择出了合适的机动方案。数字仿真表明，在摇翼机动的情况下，对准精度优于5′，完全可以达到“速度+姿态”效果，且阶数降低，计算量更小。
关键词：机载导弹;传递对准;机动方式;速度+方位角;卡尔曼滤波;直升机机动
中图分类号：TJ765;V212.4文献标识码：A文章编號：1673-5048（2018）06-0039-05[SQ0]
0引言
通常载机都配备有高精度的惯导系统（简称为主惯导），因此机载导弹捷联惯导系统（简称为子惯导）的对准一般采用主惯导提供的信息通过传递对准实现[1-2]。对准的参数包括姿态、速度和位置，通常速度和位置的对准可以由主惯导直接复制给子惯导，由于主子惯导的相对姿态受外挂公差、外挂结构挠曲的影响，直接复制时存在较大的误差。传递对准的本质实际上是将主惯导提供的参考信息与子惯导的输出信息相匹配，通过滤波方法估计主子惯导的物理失准角，从而获得子惯导导航所需的初始姿态信息[3]。
文献[4]首次提出在10s内可以达到1mrad对准精度的速度+姿态匹配传递对准后，机载导弹捷联惯导系统传递对准发展到了一个新的阶段。速度+姿态匹配传递对准相对于速度匹配传递对准的一个显著优点是不需要做较长时间的S形机动，只需要做简单的摇翼机动就可以完成天向失准角的估计。速度+姿态匹配大幅度提高了传递对准的快速性，因此速度+姿态匹配传递对准也称为快速传递对准。1997年，美国在F-16战机上对快速传递对准进行了试飞验证，证明了速度+姿态匹配可以在10s内达到1mrad精度水平[4]。姿态匹配有多种形式，如姿态角匹配[5]、姿态阵匹配[6]等，文献[7-8]证明了各种姿态匹配形式本质上是一致的。文献[9]认为主子惯导间Z向挠曲变形小，提出采用速度+Z向姿态匹配传递对准。文献[10]给出一种采用速度+主子惯导Z轴安装误差角为观测的改进快速传递对准算法，该方法兼具传统速度加姿态匹配算法的优点，又避开了其在摇翼机动时对时间延迟、挠曲变形敏感的缺点。
直升机主惯导采用捷联惯导，能够输出更多的信息，如角速度等。直升机相对于固定翼飞机而言，“机翼”较短且刚度较大，在飞行过程中变形较小是姿态匹配能够顺利进行的前提，图1所示为直升机与固定翼飞机机翼对比图。直升机能够进行的机动方式与固定翼飞机存在较大差别，直升机更容易进行横滚等角运动，使得姿态匹配算法具有良好的观测性，滤波器的收敛性较好，对准的精度增高;固定翼飞机的运动特点是高速的线运动，产生线运动相对容易，产生角运动相对困难，而直升机在实战中飞行速度较小，加减速度也较小，因而单独采用速度匹配不容易完成航向角对准。而且直升机悬停发射是其常用的作战方式，在此种方式下，仅仅采用“速度”匹配方式，无法完成航向角的对准[11]，这些都对传递对准造成较大的影响，国内对该项技术的研究较少，尚未见到有工程应用的报道。
4结论
本文在直升机载导弹传递对准技术的基础上，提出一种“速度+方位角”的匹配方案。推导了“速度+方位角”的卡尔曼滤波数学模型，并通过可观测性矩阵的奇异值改进，结合直升机机动特点，对系统的可观测性进行了分析，选择出一种适合于直升机特点的传递对准机动方案。通过数字仿真对6种机动方式进行了验证，结果表明，在摇翼机动模式下，所提出的传递对准方案能够完全达到“速度+姿态”的对准精度，并具有更低的计算复杂度。
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