惯性制导与捷联惯导

游戏中,我们已知现在在属性页页面中只有惯性制导,然而这是错误的,类似于AKD9/AKD10/霹雳12等导弹LS-6等制导炸弹,使用的是捷联惯导,我将在下文中阐述现有的错误以及精度问题
我们先看两篇文献
31703145.pdf
j.issn.1673-3185.02884.pdf
这两篇文献先简单讲述了什么是捷联惯导,激光捷联惯导是现代高精度导航的核心装备,广泛应用于航空航天、航海舰艇、陆地战车及导弹制导等领域。它利用激光陀螺(RLG)和加速度计直接固联于载体,通过高速解算实时感知载体姿态、速度和位置。他并不像传统惯性制导使用陀螺仪需要一个单独的平台,而是直接附着在弹体上,大大减小了空间位置也避免了因为剧烈震动而导致的陀螺仪失效,尽管他最基础的硬件上使用偏差极大,但通过计算可使其校准方位,一枚250千克级航弹大致偏差可达0.1-10度每小时
捷联式惯性制导 - 中国百科网
捷联惯导的算法
纯惯性导航的误差会随时间累积,其动态特性由一组微分方程描述,最常用的是 “φ角误差模型” 。该模型定义了三个关键误差方程:
· 姿态误差方程(核心)
𝛿𝛳̇ = - (ω_ie_n + ω_en_n) × 𝛿𝛳 + δω_in_n - C_b^n δω_ib^b
· 𝛿𝛳:姿态误差角向量
· ω_ie_n:地球自转角速度在导航系(n系)的投影
· ω_en_n:导航系相对地球的转动角速度
· δω_in_n:ω_in_n的计算误差
· C_b^n:从载体坐标系(b系)到导航系的姿态变换矩阵。
· δω_ib^b:陀螺仪测量的角速度误差(主要包含零偏、白噪声等)
· 速度误差方程
δv̇_n = f_n × 𝛿𝛳 + C_b^n δf_b - (2ω_ie_n + ω_en_n) × δv_n + δg_n
· δv_n:速度误差向量
· f_n:比力(加速度)在导航系的投影
· δf_b:加速度计测量误差
· δg_n:重力模型误差
· 位置误差方程
δṗ = δv_n
· δp:位置误差向量
为了抑制纯惯导的发散,必须用外部观测(如GPS)进行修正。最经典、最广泛使用的算法是卡尔曼滤波器(Kalman Filter)
组合导航的卡尔曼滤波器通常将惯导的误差作为状态变量,其状态方程和量测方程如下:

  1. 状态方程
    Ẋ(t) = F(t) X(t) + G(t) W(t)
    · X:状态向量,通常包含:位置误差(δp)、速度误差(δv)、姿态误差(𝛿𝛳)、陀螺零偏(ε_b)、加速度计零偏(∇_b)等
    · F:状态转移矩阵,其核心就是由上面“核心一”中的误差传播方程线性化推导而来,描述了各误差状态如何相互影响和随时间变化
    · G:噪声驱动矩阵
    · W:系统噪声向量
  2. 量测方程
    Z(t) = H(t) X(t) + V(t)
    · Z:量测向量,通常是外部系统(如GPS)与惯导输出的差值,例如:Z = [p_GPS - p_INS, v_GPS - v_INS]^T
    · H:量测矩阵,它建立了状态变量(误差)与观测量(差值)之间的关系。例如,当观测量是位置速度差时,H矩阵中对应位置、速度状态的部分就是单位矩阵。
    · V:量测噪声向量(如GPS的噪声)
    算法以离散时间形式运行,其核心迭代步骤如下表所示:
    状态预测 X̂_k^- = Φ_{k-1} X̂_{k-1}^+ 利用上一时刻的最优估计X̂_{k-1}^+,通过状态转移矩阵Φ(由连续时间的F离散化得到)预测当前时刻的状态X̂_k^-
    协方差预测 P_k^- = Φ_{k-1} P_{k-1}^+ Φ_{k-1}^T + Q_{k-1} 预测估计误差的协方差矩阵P_k^-。Q是系统噪声协方差矩阵
    卡尔曼增益计算 K_k = P_k^- H_k^T (H_k P_k^- H_k^T + R_k)^{-1} 计算卡尔曼增益K_k,它决定了在更新步骤中相信预测值还是观测值的程度。R是量测噪声协方差矩阵
    状态更新 X̂_k^+ = X̂_k^- + K_k (Z_k - H_k X̂_k^-) 这是核心修正步骤。用增益K_k对预测状态X̂_k^-进行修正,修正量是实际观测Z_k与预测观测H_k X̂_k^-之差的加权
    协方差更新 P_k^+ = (I - K_k H_k) P_k^- 更新估计误差的协方差矩阵P_k^+,用于下一个周期的计算
    在高动态场景如航弹机动中采用更复杂的扩展卡尔曼滤波(EKF) 或无迹卡尔曼滤波(UKF) 来处理强非线性
    OIP-C (2)
    OIP-C (1)
    OIP-C
    20191104100612536
    这就意味着游戏内现有的纯激光与惯性制导/捷联惯导的导弹或炸弹制导偏移极大,在仅有激光制导与惯性制导的没有激光照射的情况下60秒内漂移应至多5度,而对于AKD9此类的导弹,因为其体型小/受空气阻力影响小/射程短,其偏差更应减小而远不到现有偏离(大于15米)
    侯博文,欧阳威,朱茂然,等.利用实测数据的捷联惯导姿态轨迹插值[J].信息技术,2025,(12):82-88.DOI:10.13274/j.cnki.hdzj.2025.12.014.
    杨泳,李东霖,孔令兵,等.旋转SINS的多矢量抗晃动对准方法研究[J].火力与指挥控制,2025,50(12):78-85.
    姚铭飞,贺凯飞,乔永杰,等.基于捷联惯导和超短基线紧组合的抗差滤波算法[J/OL].哈尔滨工程大学学报,1-9[2026-01-22].https://link.cnki.net/urlid/23.1390.u.20251027.1508.009.
    严恭敏,尹晟,李佳荷,等.一种基于罗经效应的SINS初始对准精度评估方法[J].导航定位与授时,2025,12(03):15-22.DOI:10.19306/j.cnki.2095-8110.2025.03.002.
    蒋明,李泳,秦鹏程,等.阵地高程对激光末制导炮弹角运动特性影响研究[J].兵器装备工程学报,2025,46(08):135-141.
    ]张且且,陈昊悦,李志敏.机载惯性导航系统仿真实验平台设计与测试[J/OL].实验科学与技术,1-9[2026-01-22].https://link.cnki.net/urlid/51.1653.N.20250426.1747.010.