[科普中国]-惯性导航系统重调

简介

以陀螺为惯性元件的惯性导航系统(Inertialnavigationsystem,INS),能够自主地提供位置、姿态及速度等各项高精度的导航信息,故已成为潜艇的核心导航设备。但由于导航陀螺存在常值漂移和随机漂移,导致INS的导航信息精度随时间推移而逐渐降低。因此,必须对导航陀螺漂移进行测量和补偿1。

方法实现惯性导航系统重调的两种方法为:内部校正信息和外部信息补偿法2。

内部校正信息采用陀螺监控技术。陀螺监控技术是陀螺漂移的一种自校正方法,它不需要引入外部信息,能自动地对导航陀螺的漂移进行测量和补偿。

利用内部校正信息就是采用陀螺监控技术,目前已得到应用的有壳体旋转法、陀螺反转法和H调制法等。壳体旋转法和陀螺反转法只能对水平陀螺进行监控,H调制法是实现三轴全监控的一种理想方案。惯性导航系统采用H调制陀螺监控技术以后,在一定的指标精度下延长了系统的重调周期。

H调制INS导航系统的惯性平台采用三环半解析式结构,平台的台体上除安装3个导航陀螺外,还固定安装3个用于H调制的监控陀螺,其输人轴与对应的导航陀螺输人轴同向。H调制也称为角动量调制法,监控陀螺接成数字力反馈工作方式,其角动量可以进行周期性的调整,使其周期性地工作在不同的角动量值。根据反馈回路输出数据进行处理,求得相应导航陀螺漂移。

外部信息补偿法利用外部信息,采用两点校或点点校方案,推算出导航陀螺漂移并加以补偿。

采用陀螺监控技术,可以使系统重调周期得到延长,但仍然难以满足潜艇长期水下航行的需要。提出了一种组合导航方案,该方案利用多普勒速度计程系统(Dopplerveloeitylogshort,DVL)、电子海图和测深测潜仪作为辅助手段来进一步修正惯导系统的误差。该组合导航系统无需浮出水面,即可在水下完成对惯导误差的校正和导航陀螺漂移的补偿。在获得较高定位精度的同时又不会危及潜艇的隐蔽性,满足潜艇对导航系统“水下、长期、自主、高精度、全天候”的要求。