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长航时激光惯导定位误差的补偿方法研究
概述
航空航天发展迅猛，飞行控制系统的精度和效率越来越高。作为飞行控制系统的重要组成部分，航空惯性导航系统（InertialNavigationSystem,INS）的精度也越来越受到关注。在长航时的飞行中，由于导航参数和环境条件的变化，经常会出现INS的定位误差，而激光惯导则可以有效补偿这种误差。本论文研究长航时激光惯导定位误差的补偿方法，包括激光惯导自校准和外部校准两个方面。
一、激光惯导自校准
激光惯导进行航迹推算时，需要准确的导航参数和姿态角。但由于噪声干扰、温度变化和零漂等因素的影响，激光惯导输出的姿态角和导航参数会出现偏移。为了减小这种偏移的影响，激光惯导需要进行自校准。
自校准的方法有很多种，其中常用的包括零偏校准、尺度因数校准和非正交误差校准。在激光惯导的设计和生产过程中，为了获得更好的精度，通常会同时采用这三种校准方法。
（一）零偏校准
零偏校准是指对激光惯导输出的信息进行偏差分析和校准，以确定偏差的大小和方向，并将其减少或消除。常用的零偏校准方法包括零漂校准和激光惯导零偏校准。
零漂校准是指根据运动学原理，在不旋转的情况下，通过分析激光惯导输出的加速度计读数，确定零漂的大小和方向，并进行校准。这种校准方法主要用于减小加速度计的随机误差和系统噪声。
激光惯导零偏校准是指对输出角度或位置信息的偏差进行分析和校准。这种校准通常是通过角度或位置闭环反馈系统实现的。在这个系统中，将航迹推算的结果与惯性传感器所测得的姿态角或位置信息进行比较，如果发现偏差，则通过机械或电子方式对惯性传感器进行校准。
（二）尺度因数校准
尺度因数校准是指对惯性传感器的比例误差进行分析和校准。尺度因数校准通常是通过对惯性传感器输出进行自校准，以确定比例误差的大小和方向，并将其减少或消除。
（三）非正交误差校准
非正交误差校准是指对惯性传感器的非正交误差进行分析和校准。非正交误差通常是由于惯性传感器的安装误差、机械结构变形、磁场干扰等因素造成的。非正交误差校准是通过对惯性传感器最小耦合矩阵（Cross-couplingMatrix）进行分析和校准，以确定非正交误差的大小和方向，并将其减少或消除。
二、外部校准
在长航时的飞行中，由于环境条件和飞行参数的变化，激光惯导的定位误差也会逐渐增加，自校准难以减小这种误差。此时需要进行外部校准，以提高激光惯导的精度和可靠性。
外部校准的方法主要包括星位校准、地面观测校准和惯导组合校准。其中，星位校准是指通过卫星通信系统获取星位信息，以校准激光惯导的位置和姿态角；地面观测校准是指在地面上通过测量基站的位置和激光惯导的位置信息，并采用微分定位方法对激光惯导进行校准；惯导组合校准是指将多个惯性导航系统进行组合，以减小测量误差和提高精度。
（一）星位校准
星位校准是一种常用的激光惯导外部校准方法。在卫星通信系统的支持下，通过获取卫星星位信息，可以准确地确定飞行器的位置和姿态角，从而校准激光惯导的定位误差。在进行星位校准时，需要注意以下要点：
1、选择星位接收器
星位接收器是进行星位校准的重要设备，其精度和信号处理能力直接影响校准的效果。在选择星位接收器时，应根据使用环境和校准要求，选择具有高精度和高可靠性的星位接收器。
2、校准流程
星位校准流程应按照规定的步骤进行，确保校准的准确性和可靠性。一般而言，星位校准流程包括卫星搜索和跟踪、星位角度计算、坐标计算和姿态角计算等步骤。
3、校准时间和频度
星位校准应在一定的时间和频度内进行，以保证导航精度和稳定性。根据实际需求和使用环境，可以进行定期校准或事件触发校准。
（二）地面观测校准
地面观测校准是一种简单而实用的激光惯导外部校准方法。通过在地面上设立基站，利用GPS或其他测量设备对基站和飞行器的位置信息进行测量，并将测量结果与激光惯导输出的位置信息进行比较，以校准激光惯导的定位误差。在进行地面观测校准时，需要注意以下要点：
1、基站设置
基站的设置应考虑到使用环境和校准要求，选择具有良好的观测条件和位置的测站点。
2、测量设备
地面观测校准需要使用测量设备对基站和飞行器的位置信息进行测量。根据实际需求和校准要求，可以选择GPS、激光测距仪、光电定位系统等设备。
3、校准流程
地面观测校准流程应按照规定的步骤进行，确保校准的准确性和可靠性。一般而言，校准流程包括基站设置、测量设备设置、测量数据采集和处理等步骤。
（三）惯导组合校准
惯导组合校准是一种将多个惯导系统进行组合，以减小误差和提高精度的校准方法。常用的惯导组合校准方法包括卡尔曼滤波法、粒子滤波法和扩展卡尔曼滤波法等。
惯导组合校准的关键在于如何有效地融合多个惯导系统的信息，并将其与外部参考系统进行比较，以估计整个系统的误差和误差协方差矩阵。在进行惯导组合校准时，需要注