惯性导航基本原理

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1、1惯性导航基本原理21引言2惯性导航的组成3加速度计测量原理4平台式惯性导航基本原理5捷联惯性导航基本原理6误差分析7惯性导航初始对准8功能与用途主要内容3（1）惯性导航系统功能测量载体相对于惯性坐标系的加速度、角速度，通过积分计算获取载体的导航信息。（2）惯性导航系统发展以机械陀螺为敏感器件的惯性导航系统的发展；以光学或微机电陀螺为敏感器件的惯性导航系统的发展。1引言4（3）系统分类平台式惯导系统捷联式惯导系统陀螺加速度计计算机导航信息（4）系统组成5（5）惯导优点①依靠自身测量信息进行连续定位；②不需接收外部信息，

2、不受外界干扰；③不向外部辐射能量，具有隐蔽性；④可同时确定载体位置/速度/姿态信息。62惯性导航的组成1惯性导航组件加速度计陀螺仪主要完成导航参数的测量和计算（1）平台式一个三轴空间平台，2、3个高精度陀螺仪以及三个高精度的加速度计，一部数字计算机，其他电子线路板（2）捷联式三个高精度陀螺仪以及三个高精度的加速度计一部数字计算机，其他电子线路板没有实际的陀螺稳定平台，将加速度计和陀螺仪直接与飞机机体链接，用导航计算机计算数学平台。72、控制显示组件：包括导航参数的显示，初始值的引入，系统实验故障显示和告警等。3、方式选

3、择组件：主要用来控制系统的工作状态。4、备用电池组件:特殊情况下供电。8（1）加速度计功能测量载体相对于惯性坐标系的视加速度在体坐标系中的值。（2）加速度计分类摆式、摆式积分陀螺加速度计……3加速度计测量原理90刻划0刻划SSfag（不受外力）（3）加速度计测量原理10S0地球加速度计不能敏感引力加速度S011加速度计12平台式惯导系统示意图Y平Z平X平ayaxaz4平台式惯性导航工作原理13测量载体在惯性坐标系中的加速度，然后一次积分得到速度，二次积分得到位置。其中：视加速度，测量值；：引力加速度。14平台式惯导系统

4、组成陀螺、加速度计固联在载体上。测量载体相对于惯性系的旋转角速度、加速度矢量（在载体坐标系中的值）。然后依据初始时刻载体的位置、速度及姿态，计算出载体坐标系相对于惯性系的姿态角、加速度，对加速度一次（二次）积分得到速度（位置）。155捷联惯性导航工作原理16其中：b系至i系的旋转变换矩阵；：捷联陀螺测得的b系相对于i系旋转角速度矢量在b系中的值，为其轴向分量。17i系：“数学平台”坐标系，b系中的视加速度测量值转换至该系，位置、速度参数在该系中计算。由角速度测量值及初始时刻转换矩阵、姿态角，可以计算任意时刻转换矩阵、姿

5、态角。18捷联式惯性导航系统的特点：陀螺仪动态范围大；导航计算量大；结构简单、体积小、重量轻、成本低等。19假设载体沿y轴方向做匀加速直线运动。εy′x′xyfo6误差分析20假设视加速度、角速度有常值误差，则结论：惯导误差随时间迅速增加。21三类误差：静态、动态、随机误差。误差原因：惯性元件不尽完善，安装误差，温度变化等。应对措施：建立惯导误差模型，测试标定模型参数，然后对惯导系统进行补偿。结论：惯导误差随时间迅速增加。227惯性导航初始对准1.为何要对准惯导家族成员均是由加速度计测得的加速度经两次积分而求得。要进行

6、积分必须要知道初始条件:初始速度，初始位置，初始姿态。而捷联惯导系统中初始对准的另一个关键问题是要在较短的时间内以一定的精度确定出从载体坐标系到地理坐标系的初始变换矩阵。232.对准要求精确、快速。传感器精度高，同时对陀螺、加速度计进行补偿3.对准方法和过程过程：分两步即粗对准和精对准自主对准，不依赖外信息，受控式（依赖外信息）方法：光的方法，天文的方法粗对准：利用重力和地球自转角速率，直接估算初始姿态矩阵。精对准：精确校正计算参考坐标系n¢与真实参考坐标系n之间的小失准角f。248功能与用途1、功能已知点的位置根据连

7、续测得的运动体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置2、用途惯性导航系统用于各种运动机具中，包括飞机、潜艇、航天飞机等运输工具及导弹，然而成本及复杂性限制了其可以应用的场合。惯性系统最先应用于火箭制导，二战期间经德国人冯布劳恩改进应后，应用于V-2火箭制导。战后美国麻省理工学院等研究机构及人员对惯性制导进行深入研究，从而发展成应用飞机、火箭、航天飞机、潜艇的现代惯性导航系统。