【摘要】慣性/天文組合導航是目前研究最多的完全自主的組合導航系統，為了說明分立式結構對該組合導航位置精度的影響，設計了10h的車載動態試驗。試驗結果說明，在慣性導航設備和天文導航設備精度確定的情況下，分立式結構很難提高慣性/天文組合導航的定位精度。

　　【關鍵詞】分立式結構;安裝誤差

　　1引言

　　遠程、長航時飛行載體的高精度導航，很難通過某一種單一的導航手段實現。作為機載主導航系統的捷聯慣性導航系統由于誤差積累的缺點，常與其他系統進行組合，共同完成導航任務。天文導航系統，較之衛星導航、多普勒導航、地形匹配輔助導航系統等具有可靠性高、抗電磁干擾能力強、隱蔽、精度較高的特點和優勢，有可能成為適合復雜軍事環境下飛行器的輔助慣性導航的優選系統[1]。慣性導航系統和天文導航系統一樣都屬于自主式導航系統，兩者可以構成完全自主的組合導航方案，利用天文導航所得到的不隨時間漂移的姿態測量來校正慣性導航系統的導航誤差和傳感器誤差，這樣一來便可大大地提高導航系統的精度并滿足長航時導航要求，這種完全自主的組合系統完全可以在衛星導航不可用時作為替代導航手段滿足導航需求。本文僅從結構上是分立式的慣性/天文組合導航的動態試驗結果來分析該結構對定位精度的影響。

　　推薦期刊：《天文學報》雜志創刊于1953年，由中國天文學會主辦，中國科學院紫金山天文臺承辦。《天文學報》是新中國建立后我國創辦最早的天文學術期刊。專門發表天體物理、天體力學、天體測量等天文各大分支學科以及天文儀器、天文學史和天文觀測新發現等方面的科研成果，供國內外天文科研工作者、大學天文教學工作者、天文學研究生等有關人員參考，并進行國際交流。

　　2慣性/天文組合導航動態試驗

　　由于慣性/天文組合導航主要應用于遠程、長航時飛行載體，本文的動態試驗時間為10h。在地面車載動態試驗中，慣性/天文組合導航高度通道的修正是通過氣壓高度計實現的，因此高度誤差僅受氣壓高度計精度的影響，與水平通道誤差相比為小量誤差可忽略。試驗結果中以水平通道的位置誤差作為考核系統定位精度的指標。

　　在已有捷聯慣性導航設備和天文導航設備的基礎上，慣性/天文組合導航需要進行算法設計及組合安裝結構的考慮，這種結構屬于分立式組合導航結構。我們使用的捷聯慣性導航設備單獨測試定位精度為500m(CEP)/h，天文導航設備提供給捷聯慣性導航設備的精度較高，算法相同的情況下，下面給出簡單安裝及優化設計后安裝的慣性/天文組合導航動態試驗結果。

　　2.1慣性/天文組合導航簡單安裝結構動態試驗

　　慣性導航設備與天文導航設備簡單安裝是通過剛性較強的安裝過渡板進行過渡連接，如圖1所示。慣性/天文組合導航系統算法中需要考慮捷聯慣導坐標系與天文導航坐標系的關系，安裝完成后，捷聯慣性導航設備和天文導航設備相對安裝關系確定，兩個坐標系的關系應該是固定不變的，且兩個坐標系的關系理論上可以通過標定試驗確定，該標定試驗稱為安裝誤差的標定。

　　這種條件下多次進行跑車試驗，選取較好的一次試驗結果如圖2所示，定位精度為1400m(CEP)/10h，從導航結果來看，定位精度較差。圖2中δλ指經度誤差，δL指緯度誤差。

　　2.2優化設計以及動態試驗

　　圖1的安裝方式不能保證捷聯慣導坐標系與天文導航坐標系之間的關系不變，可能的原因有：①設備與安裝過渡板連接方式是通過螺栓安裝緊固的，由于捷聯慣性導航設備和天文導航設備的自重都很大，搬運過程中安裝過渡板的形變、跑車試驗過程中振動引起的安裝過渡板形變以及螺栓和安裝通孔之間的間隙都會導致兩個坐標系關系變化;②溫度變換引起安裝過渡板形變。慣性/天文組合導航系統的兩個子導航系統捷聯慣性導航設備和天文導航設備之間的安裝誤差標定不準確將直接影響組合導航精度，所以需要對原有的組合導航系統連接方式進行優化。

　　第一種優化設計為減小螺栓和安裝通孔之間的間隙。

　　原安裝搬運調試等過程中，設備在微觀上可能會有微小的位移造成一個坐標軸相對偏轉角，經過計算，目前使用國標標準件來緊固捷聯慣性導航設備和天文導航設備時，坐標軸相對偏轉角理論上最大能達到0.2°，雖然在實際使用時螺栓產生的摩擦力會限制其相對轉動，但這個量級相對于慣性/天文組合導航的位置精度要求還是很大。優化設計時，我們考慮盡可能的消除螺栓和安裝通孔之間的間隙，自制安裝螺栓并提高加工精度，自制的螺栓留出部分無螺紋的表面光滑的圓柱體用來填充安裝孔的間隙，從而將安裝孔和螺栓之間的間隙減到最小。螺栓需要車制而成，精密車床車制的零件精度大約0.02mm左右。

　　第二種優化為安裝過渡板的改進。

　　從試驗的情況看來，固連捷聯慣性導航設備和天文導航設備的安裝過渡板剛性還需要進一步加強，以抵抗搬運、使用等過程中產生的微小扭曲造成的安裝誤差變化。為了解決該問題，安裝過渡板由鋼板改進為硬質合金鋁材，雖然材料剛性不如鋼材，但在相同的重量前提下可以大幅度提高厚度來抵消影響，使剛性更好;由于厚度很厚，銑削加工產生的殘余應力還未到安裝表面就已被消除，大大減小對慣性/天文組合導航系統產生的影響。

　　優化設計后動態試驗結果如圖3所示，定位精度為1000m(CEP)/10h。

　　3結果

　　分析從測試結果看，結構上優化設計可以提高慣性/天文組合導航系統的定位精度，此定位精度相對于目前機載長航時自主導航的精度要求仍然較低。主要原因：慣性/天文組合導航系統采用分立式組合方案時，捷聯慣性導航設備和天文導航設備之間安裝誤差大、不穩定，標定試驗無法消除，導致組合導航位置精度低。只有天文導航設備、慣性導航設備從結構上共軸的一體化設計才能解決這種問題。捷聯慣性導航設備與天文設備采用共軸的設計方式可提高系統集成度，消除分立式組合導航系統不同設備坐標系變化的缺點，合理設計還可利用這種結構抑制慣性器件的常值誤差。

　　參考文獻

　　[1]王安國.現代天文導航及其關鍵技術[J].電子學報，2007，35(12)：2347~2353.