光学惯性测量与导航系统第一章绪论

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1、光学惯性测量与导航系统OpticInertialMeasurement&NavigationSystem课程安排学时:32学时上课时间:1-16周考试方式:平时+笔试参考书目（推荐但不局限）:《光纤陀螺惯性系统》，王巍主编，中国宇航出版社，2010《光纤陀螺及其应用》，张维叙主编，国防工业出版社，2008《光纤陀螺仪》，H.C.Lefevre，国防工业出版社，2002《捷联惯导系统原理》，陈哲，中国宇航出版社，1986课程的主要内容简介第一章绪论第二章光学惯导系统核心器件第三章光学惯性测量装置第四章光学惯性导航系

2、统第五章光学捷联惯性组合导航系统第六章光学捷联惯导系统初始对准第七章典型光学惯性测量与导航系统实验一光学惯性器件试验实验二光学惯性测量装置标定试验实验三光学惯导系统对准/导航试验第一章绪论1.1课程目的及意义1.2惯性导航系统基本概念及重要地位1.3光学惯性器件及系统发展史1.4数学基础及预备知识1.1课程目的及意义随着惯性器件技术的发展，两光陀螺的应用日趋广泛，是惯性领域的“新宠”。北航是光纤陀螺的发源地，经过多年的技术研发和工程化实践，光纤陀螺在多个领域获得了成功的应用。目前，北航没有针对两光陀螺及由其构成的

3、光学惯性系统设置课程。因此，为培养未来的工程师，有必要设置本课程，从原理、系统设计到实验全面、系统地教授工学研究生光学惯性测量及导航系统的相关知识，为将来更好从事惯性技术研究打下基础。1.1课程目的及意义惯性器件及系统是北航精密仪器及机械学科的特色方向之一，依托“惯性仪表”国防重点实验室，拥有良好的研究和试验条件。北航是国内光纤陀螺的发源地和最高水平的代表，拥有一流的技术水平和试验条件。本课程重点讲授光学惯性器件及导航系统。通过本课程的学习，使学生掌握光学惯性器件的基本工作原理、误差模型、惯性测量单元测试及标定技

4、术、光学惯性测量及导航系统构筑方法、典型光学惯导系统方案等，为将来更好从事惯性技术研究打下基础。几个基本概念导航：导引航行器从一个地方到达另一个地方的过程；跟踪方向、指令航行;惯性导航：基于牛顿经典力学定律，依靠载体自身的传感器，为载体提供运动状态信息，是一个开环系统；惯性制导：常用于无人航行器，将运动状态信息与预定目标信息比较，用于修正载体的航行状态，含有控制回路，是闭环系统；组合导航系统：以惯性导航系统为主系统，采用其它外部信息，对其进行辅助，形成的系统；1.2惯性导航系统基本概念及重要地位惯性仪器：是指在惯

5、性技术中，以旋转质量惯性为其特征的陀螺仪以平移或旋转质量惯性为其特征的加速度计陀螺仪：用来检测运载器在惯性空间中的角运动；加速度计：用来检测运载器运动时的比力，并进而解算出运动信息。惯性测量装置（IMU）：由加速度计和陀螺组成，输出导航解算所需的角增量和速度增量。几个基本概念1.2惯性导航系统基本概念及重要地位惯导系统的分类以安装方式分类：平台式惯性导航系统捷联式惯性导航系统以测量机制分类：根据惯导系统的测量机制，目前已经发展出挠性惯导、光纤惯导、激光惯导、微固态惯性仪表等多种新型惯导1.2惯性导航系统基本概念及

6、重要地位惯导系统的组成加速度计：用于测量载体的运动加速度。通常应有两个至三个，并安装在三个坐标轴方向上。陀螺稳定平台：为加速度计提供一个准确的坐标基准，以保持加速度计始终沿上个轴向上测定加速度，同时也使惯性测量元件与载体的运动相隔离。该平台可以是物理平台，也可以是数学平台，取决于是平台式导航系统还是捷联式导航系统。导航计算机：用来完成诸如积分等导航计算工作，若有必要则同时提供陀螺施距的指令信号。电源及必要的附件等。1.2惯性导航系统基本概念及重要地位惯性导航是以牛顿定律为基础第一定律惯性定律第二定律第三定律作用力

7、与反作用力任何运动体的运动状态都可以用加速度（Acceleration）来表征加速度、速度（velocity）和航程（Position）之间的关系：加速度可以由加速度计测量(accelerometer)惯性导航：以加速度测量为基础的导航定位方法这种不依赖外界信息，只靠对载体(vehicle)本身的惯性测量来完成导航任务的技术称作惯性导航1.2惯性导航系统基本概念及重要地位惯性导航系统基本原理初始位置、速度、姿态加速度计--比力积分速度积分位置陀螺仪—角速度积分角度1.2惯性导航系统基本概念及重要地位在平面上的导航

8、(Two-DimensionalNavigation)对加速度计的输出信号进行计算，就可以实时计算出载体在坐标系中的位置和瞬时速度平台在整个导航过程中，始终模拟平面坐标系OXY在工程上通过陀螺稳定平台或数学平台来实现1.2惯性导航系统基本概念及重要地位惯性导航的基本原理是基于牛顿运动学定律的航迹推算.惯性导航本质是一个三维空间的刚体运动学问题.1.2惯性导航系统基本概念及