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1、机载安装误差对捷联惯导系统的综合影响研究0 引言捷联式惯导系统(strapdowninertialnavigationsystem , SINS)省掉了机 电式的惯性平台，所以，体积、重量、成本都大大降低。现在，SINS被广泛应用于各类飞行器上，随着计算机技术的飞速发展，捷联式系统的应用也越来越广泛。按照工作原理，惯性测量组件 (IMU) 陀螺仪和加速度计的组合体应该安装在飞行器的质心位置，并且， 3 只加速度计和3 只陀螺仪的 3 个测量轴应该和机体坐标系的 3 个轴完全一致，但是，实际的安装过程中总会存在安0 引言捷联式惯导系统(strapdown inertial navigation
2、system , SINS)省掉了机电式的惯性平台，所以，体积、重量、成本都大大降低。现在，SINS被广泛应用于各类飞行器上，随着计算机技术的飞速发展，捷联式系统的应用也越来越广泛。按照工作原理，惯性测量组件(IMU) 陀螺仪和加速度计的组合体应该安装在飞行器的质心位置，并且， 3 只加速度计和 3 只陀螺仪的 3 个测量轴应该和机体坐标系的 3 个轴完全一致，但是，实际的安装过程中总会存在安装误差，这必将对惯导系统的精度产生影响。随着人们对SINS 的精度的要求不断提高，对机载安装误差的研究已经成为捷联惯性技术领域中的重要研究方向。目前，国内外一些大学和科研机构针对机载安装误差的研究工作取得
3、了不少进展，这些工作主要集中在对机载位置安装误差 (杆臂效应 ) 的研究上。本文深入研究了 SINS安装误差对导航系统精度的影响，推导出角安装误差和位置安装误差同时存在时系统的误差模型，并结合惯导基本方程和误差传播方程，针对飞机平飞和匀加速偏航圆周飞行以及按某一复杂航迹飞行这3 种情况开展了研究。仿真结果表明：机载安装误差对SINS产生影响的大小取决于飞机的机动状态和安装误差的大小，所得结果能为动基座惯导初始对准和系统进行补偿与修正的研究提供有效的依据。1 机载安装误差影响分析 在机载 IMU 的安装过程中，由于机体的质心位置已经安装有其他机载设备，使IMU 的安装位置一般不得不偏离飞机质心一
4、段距离，或者在安装过程时出现人为的偏差，这些都会导致安装误差的出现，可归纳为以下 3 种情况：1) 加速度计和陀螺仪的安装位置偏离飞行器质心一小段距离；2) 3 只加速度计和 3 只陀螺仪的测量轴坐标系非正交，并和壳体坐标系 ( 标定 的IMU坐标系)存在角误差。3) 壳体坐标系和机体坐标系存在角误差。通常，（2） , （3）2种情况被称为IMU安装角误差，（1）被称为安装位置误差。安 装位置误差会引起加速度计输出中的附加干扰加速度，安装角误差不仅会引起附加干扰加速度，还会引起陀螺仪输出中的陀螺漂移。1.1 机载安装位置误差影响分析 当惯导系统的惯性测量部件安装偏离飞机的质心一小段距离时，虽然陀螺仪的输出不会受到影响，但是，由于存在切向加速度和向心加速度，会引起加速度计的测量误差，这种现象称为“杆臂效应”，如果基座安装位置偏离飞机质心一小段距离rp ，如图 1 所示。