【摘要】惯性/天文组合导航是目前研究最多的完全自主的组合导航系统，为了说明分立式结构对该组合导航位置精度的影响，设计了10h的车载动态试验。试验结果说明，在惯性导航设备和天文导航设备精度确定的情况下，分立式结构很难提高惯性/天文组合导航的定位精度。
【关键词】分立式结构;安装误差
1引言
远程、长航时飞行载体的高精度导航，很难通过某一种单一的导航手段实现。作为机载主导航系统的捷联惯性导航系统由于误差积累的缺点，常与其他系统进行组合，共同完成导航任务。天文导航系统，较之卫星导航、多普勒导航、地形匹配辅助导航系统等具有可靠性高、抗电磁干扰能力强、隐蔽、精度较高的特点和优势，有可能成为适合复杂军事环境下飞行器的辅助惯性导航的优选系统[1]。惯性导航系统和天文导航系统一样都属于自主式导航系统，两者可以构成完全自主的组合导航方案，利用天文导航所得到的不随时间漂移的姿态测量来校正惯性导航系统的导航误差和传感器误差，这样一来便可大大地提高导航系统的精度并满足长航时导航要求，这种完全自主的组合系统完全可以在卫星导航不可用时作为替代导航手段满足导航需求。本文仅从结构上是分立式的惯性/天文组合导航的动态试验结果来分析该结构对定位精度的影响。
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2惯性/天文组合导航动态试验
由于惯性/天文组合导航主要应用于远程、长航时飞行载体，本文的动态试验时间为10h。在地面车载动态试验中，惯性/天文组合导航高度通道的修正是通过气压高度计实现的，因此高度误差仅受气压高度计精度的影响，与水平通道误差相比为小量误差可忽略。试验结果中以水平通道的位置误差作为考核系统定位精度的指标。
在已有捷联惯性导航设备和天文导航设备的基础上，惯性/天文组合导航需要进行算法设计及组合安装结构的考虑，这种结构属于分立式组合导航结构。我们使用的捷联惯性导航设备单独测试定位精度为500m(CEP)/h，天文导航设备提供给捷联惯性导航设备的精度较高，算法相同的情况下，下面给出简单安装及优化设计后安装的惯性/天文组合导航动态试验结果。
2.1惯性/天文组合导航简单安装结构动态试验
惯性导航设备与天文导航设备简单安装是通过刚性较强的安装过渡板进行过渡连接，如图1所示。惯性/天文组合导航系统算法中需要考虑捷联惯导坐标系与天文导航坐标系的关系，安装完成后，捷联惯性导航设备和天文导航设备相对安装关系确定，两个坐标系的关系应该是固定不变的，且两个坐标系的关系理论上可以通过标定试验确定，该标定试验称为安装误差的标定。
这种条件下多次进行跑车试验，选取较好的一次试验结果如图2所示，定位精度为1400m(CEP)/10h，从导航结果来看，定位精度较差。图2中δλ指经度误差，δL指纬度误差。
2.2优化设计以及动态试验
图1的安装方式不能保证捷联惯导坐标系与天文导航坐标系之间的关系不变，可能的原因有：①设备与安装过渡板连接方式是通过螺栓安装紧固的，由于捷联惯性导航设备和天文导航设备的自重都很大，搬运过程中安装过渡板的形变、跑车试验过程中振动引起的安装过渡板形变以及螺栓和安装通孔之间的间隙都会导致两个坐标系关系变化;②温度变换引起安装过渡板形变。惯性/天文组合导航系统的两个子导航系统捷联惯性导航设备和天文导航设备之间的安装误差标定不准确将直接影响组合导航精度，所以需要对原有的组合导航系统连接方式进行优化。
第一种优化设计为减小螺栓和安装通孔之间的间隙。
原安装搬运调试等过程中，设备在微观上可能会有微小的位移造成一个坐标轴相对偏转角，经过计算，目前使用国标标准件来紧固捷联惯性导航设备和天文导航设备时，坐标轴相对偏转角理论上最大能达到0.2°，虽然在实际使用时螺栓产生的摩擦力会限制其相对转动，但这个量级相对于惯性/天文组合导航的位置精度要求还是很大。优化设计时，我们考虑尽可能的消除螺栓和安装通孔之间的间隙，自制安装螺栓并提高加工精度，自制的螺栓留出部分无螺纹的表面光滑的圆柱体用来填充安装孔的间隙，从而将安装孔和螺栓之间的间隙减到最小。螺栓需要车制而成，精密车床车制的零件精度大约0.02mm左右。
第二种优化为安装过渡板的改进。
从试验的情况看来，固连捷联惯性导航设备和天文导航设备的安装过渡板刚性还需要进一步加强，以抵抗搬运、使用等过程中产生的微小扭曲造成的安装误差变化。为了解决该问题，安装过渡板由钢板改进为硬质合金铝材，虽然材料刚性不如钢材，但在相同的重量前提下可以大幅度提高厚度来抵消影响，使刚性更好;由于厚度很厚，铣削加工产生的残余应力还未到安装表面就已被消除，大大减小对惯性/天文组合导航系统产生的影响。
优化设计后动态试验结果如图3所示，定位精度为1000m(CEP)/10h。
3结果
分析从测试结果看，结构上优化设计可以提高惯性/天文组合导航系统的定位精度，此定位精度相对于目前机载长航时自主导航的精度要求仍然较低。主要原因：惯性/天文组合导航系统采用分立式组合方案时，捷联惯性导航设备和天文导航设备之间安装误差大、不稳定，标定试验无法消除，导致组合导航位置精度低。只有天文导航设备、惯性导航设备从结构上共轴的一体化设计才能解决这种问题。捷联惯性导航设备与天文设备采用共轴的设计方式可提高系统集成度，消除分立式组合导航系统不同设备坐标系变化的缺点，合理设计还可利用这种结构抑制惯性器件的常值误差。
参考文献
[1]王安国.现代天文导航及其关键技术[J].电子学报，2007，35(12)：2347~2353.
