《惯性导航系统》课件

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1、第3章惯性导航系统3.1惯性导航系统概述3.2平台式惯导系统(物理平台)3.3捷联式惯导系统(数学算法)3.4两种惯导系统的简单比较3.5惯导系统平台(陀螺稳定平台)3.6组合导航3.7小结3.1惯导系统概述-1导航----定位；天文导航；无线电导航；地磁导航；卫星导航；地形匹配；惯性导航；惯性导航有其独特的优点，自主式导航。3.1惯导系统概述-2地球椭球模型长半轴(km)扁率(a-b)/a适用地区Clarke(1866)6378.2061/294.9786982北美Krasovski(1940)6378.2451/2

2、98.30前苏联International(1924)6378.3881/297.0前苏联WGS—84(1984)6378.1371/298.257223568全球3.1惯导系统概述-3地球重力场由万有引力和地球自转产生的离心力合成；地球表面某点纬度，是该点的垂线方向与赤道平面之间的夹角；三种垂线对应三种纬度：地心、测地、重力(天文)3.1惯导系统概述-4由于运动的相对性，必须定义坐标系。导航中通常应用惯性坐标系有两种：1)太阳中心惯性坐标系；2)地心惯性坐标系。确定运动体相对地球位置的坐标系：1)地理坐标系；2)地球

3、坐标系；3)大圆弧坐标系。3.1惯导系统概述-5太阳中心惯性坐标系地球公转平面3.1惯导系统概述-6地心惯性坐标系(不随地球自转)地球自转轴3.1惯导系统概述-7地理坐标系(东北天配置)3.1惯导系统概述-8地球坐标系(与地球固联)零子午线东经90deg3.1惯导系统概述-9大圆弧坐标系A-发射点；B-目标点；P-飞行器位置。三点确定新赤道面3.1惯导系统概述-10加速度计、平台、积分器、初始条件调整简化惯导系统原理图3.2平台式惯导系统-1从总体设计来说，各类惯导系统都必须解决两个问题：一是建立参考坐标系；二是利用加

4、速度计的输出得到有效导航信息。那么不同坐标系的选取就构成不同的方案。半解析式惯导系统(物理平台跟踪水平面)：1)固定方位半解析式惯导系统；2)自由方位半解析式惯导系统。解析式惯导系统(物理平台相对惯性空间固定)3.2平台式惯导系统-2半解析式惯导系统平台3.2平台式惯导系统-3固定方位半解析式惯导系统原理图3.2平台式惯导系统-4一次积分得到速度分量再次积分可以得到载体所在的经度和纬度3.2平台式惯导系统-5平台在载体上的安装3.2平台式惯导系统-6修正回路：如果陀螺不加力矩控制信号，此平台将相对惯性空间稳定，而地理坐

5、标系相对惯性空间是在不断运动的，因此若要使平台跟踪地理坐标系，就必须给陀螺施加控制电流，使三个陀螺进动：3.2平台式惯导系统-7解析式惯导系统平台3.2平台式惯导系统-8惯导系统平台上重力加速度的变化3.2平台式惯导系统-9解析式惯导系统原理图3.2平台式惯导系统-10加速度计的输出信号里，包含了重力分量：那么载体在惯性空间中的三个加速度分量：3.2平台式惯导系统-11经过两次积分，就可以分别得到载体相对惯性坐标系的速度和位移：3.3捷联式惯导系统-1捷联式惯导系统，在结构安排上的最大特点是没有机械式陀螺稳定平台，陀螺

6、仪和加速度计等敏感元件直接固定在载体上，两类敏感元件的输入轴都与飞行器的体轴相重合。因此，陀螺仪和加速度计所获得的都是相对于飞行器坐标系上的运动信息，需要经过数学转换，才能获得相对地理坐标系的运动信息。3.3捷联式惯导系统-2捷联式惯导系统原理图3.4两种导航方式的简单比较-1平台式惯导系统，用机电控制方法建立物理实体平台，用于模拟所要求的导航坐标系。最大缺点是结构复杂、体积大、重量大、可靠性差，随着激光陀螺批量制造技术的成熟，捷联式惯导系统正在各个领域逐步取代平台式惯导系统。3.4两种导航方式的简单比较-2捷联式惯导

7、系统的最大特点是依靠算法建立起导航坐标系，即物理平台以数学平台代替，其好处是以复杂的算法设计和繁重的计算负荷换取的；姿态更新解算是捷联式惯导的关键算法；载体把自身的振动直接传递给测量元件，从而恶化它们的工作条件；飞机用捷联式惯导系统已经商品化。3.5惯导平台-1惯导平台是惯性导航系统的核心部件；惯导平台有两种，一是物理平台；二是捷联式平台；惯导平台根据其模拟的坐标系不同，可以分为跟踪平台和空间稳定平台，前者模拟所需要的导航坐标系，一般是地理坐标系，后者模拟惯性坐标系；物理平台可以由两自由度陀螺实现，也可由三自由度陀螺实

8、现。3.5惯导平台-2用三个两自由度陀螺稳定的三轴稳定平台3.5惯导平台-3用两个三自由度陀螺稳定的三轴稳定平台3.5惯导平台-4惯导平台产生漂移的几个原因：一是陀螺漂移；二是陀螺在台体上的安装误差；三是控制陀螺的电流以及力矩器线性度；此外还有以下三个方面的干扰：电磁干扰、振动干扰、温度变化干扰，因此在惯导系统的工程实现上，电磁兼