惯性系统中的惯性仪器

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1、2011-9-6112011-9-6第一章惯性系统中的惯性仪器本讲内容参见课本：第1页至9页本章内容1.惯性系统及惯性仪器2.惯性仪器性能精度与惯性系统定位精度关系3.惯性级测量仪器4.惯性仪器的性能指标5.惯性级仪器的测试技术112011-9-6112011-9-62011-2012学年12011-2012学年2112011-9-61.1惯性系统112011-9-61.惯性系统及惯性仪器2011-2012学年3装在运载器上，以本身运动时的比力作为输入量，计算出运载器在选定坐标系中的即时位置、速度、姿态、航向等航行参数的自主式系统。分类惯性导航系统惯性制导系统201

2、1-2012学年4112011-9-6112011-9-61.2惯性系统分类惯性导航系统应用惯性敏感器件测量，再经过计算机解算出运动载体的加速度、位置、姿态和航向等导航参数的自主系统。1.1惯性系统组成几何基准子系统计算子系统显示子系统监控子系统112011-9-6惯性制导系统利用惯性测量装置测出运动物体的运动参数,按预定的导引规律形成制导指令进行控制运动物体飞向目标的系统。112011-9-62011-2012学年52011-2012学年6112011-9-6112011-9-61.1惯性系统几何基准子系统功能确定高精度内部基准坐标系：能自行修正相对选定外部基准坐标

3、系偏差；不受运载器运动影响。在大范围内精确测量运载器运动的比力沿基准坐标系各轴的分量。测量部件——陀螺+加速度计测量部件的性能和精度决定几何基准子系统的实现和精度2011-2012学年1.2惯性仪器惯性系统的核心测量仪器，按惯性原理工作。陀螺仪以旋转质量惯性为特征，检测惯性空间的角运动72011-2012学年8112011-9-6112011-9-61.2惯性仪器加速度计以平移或旋转质量惯性为特征，检测运动时的比力，用于解算运动信息。惯性测量装置（IMU）1.3惯性系统的工作过程选定坐标系外部基准坐标系内部基准坐标系标系由陀螺仪在载体的内部跟踪/模拟选定的外部坐标系;

4、将加速度计测量的比力信号在选定基准坐标系内投影，用于计算位置和速度。112011-9-6112011-9-62011-2012学年92011-2012学年10112011-9-6112011-9-6平台式惯导系统（PINS）平台式惯导系统（PINS）112011-9-6加速度计陀螺仪加速度信息陀螺施矩信息导航计算机位置信息速度信息控制显示加速度计陀螺仪加速度信息陀螺施矩信息导航计算机位置信息速度信息控制显示112011-9-6惯导平台飞行器稳定回路控制平台信息姿态和方位信息惯导平台飞行器稳定回路控制平台信息姿态和方位信息112011-9-6惯导

5、平台:机械式陀螺稳定平台模拟选定导航坐标系，将加速度计的测量轴稳定在导航坐标系中，用模拟方法给出载体的姿态和航向信息。稳定回路：克服作用在平台上各种干扰力矩。跟踪回路：使平台跟踪导航坐标系在惯性空间的转动。加速度计：测量载体运动加速度导航计算机：导航计算和平台跟踪回路中指令角速度信号的计算控制显示器：参数给定和导航信息显示。112011-9-62011-2012学年112011-2012学年12112011-9-6112011-9-6b捷联式惯导系统（SINS）1.4惯性系统对惯性仪器的要求112011-9-6加速度计陀螺仪飞行器aibωbib数学平台姿态矩阵姿

6、态矩阵计算agib位置导航计算机控制显示速度ωgip陀螺仪测出微小的角位置或角速度，给出满足分辨率要求的清晰响应漂移误差尽可能小加速度计112011-9-6姿态角计算无机械式陀螺稳定平台；姿态和方位分辨率高，能清晰地、精确地反映出从非常微小到非常大的加速度112011-9-6“数学平台”：对陀螺敏感的角速度积分，得到载体相对参考坐标系的角位置（方向余弦矩阵,姿态矩阵）加速度计提供载体沿着横滚、俯仰和偏航轴的比力分量，再通过方向余弦矩阵变换到导航坐标系，对变换后的加速度积分，得到地速分量及经纬高参数；零偏值尽可能小且稳定112011-9-62011-2012学年

7、132011-2012学年14112011-9-6112011-9-61.5惯性仪器的重要性能指标定义陀螺漂移速率：单位时间内由于干扰力矩导致的动量矩矢量在惯性空间内角位置变化的数值单位：°/h加速度计零偏：没有输入时，加速度计的非零输出单位：g,μg分辨率仪器给出可靠信号时所能感测的输入量的最小变化量。1.6惯性系统及惯性仪器的发展表1-1不同年代惯性仪器与惯性系统的性能水平Ⅰ年代106310分代年代惯性仪器惯性系统分辨率漂移率经纬度（″）地面距离（m）陀螺仪(rad)加速度计(g)陀螺仪（°/h）Ⅰ40年代10−2102