惯性导航基础.ppt

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1、惯性导航基础宇航学院：王新龙2014年5月7日本节主要内容掌握系统误差方程的建立及误差传递方向平台式惯导系统误差分析前面在分析惯导系统的工作原理时，把它看成是一个理想系统。例如，认为平台坐标系完全准确地跟踪与模拟了地理坐标系，而实际上这是不可能的。这是由于惯导系统无论在元部件特性、结构安装或其它工程环节中都不可避免地存在误差。这些误差因素称为误差源，大体上可分为以下几类：■1）元件误差主要有陀螺的漂移、标度因数误差、加速度计的零偏和标度因数误差、计算机计算时的舍入误差、电流变换装置的误差等。■2）安装误差主要指加速度计和陀螺仪在平台上的安装误差。平台式惯导系统误差分析平台式惯导系统误差分析■

2、3）初始条件误差包括平台的初始误差以及计算机在解算方程时初始给定的误差。■4）运动干扰主要是冲击和振动造成的干扰。■5）其它误差如地球曲率半径的描述误差、有害加速度补偿忽略二阶小量造成的误差等等。平台式惯导系统误差分析误差分析的方法：■（1）误差分析的目的是定量地估算惯导系统测算结束时的准确程度。正确的地理位置由当地地理坐标系来量取，而惯导系统实际的测算结果则是由系统计算得出的。为了研究两者的偏差，这里引入了一个计算机坐标系（用c来标识），即将c系和t系作比较，从而定义出各种误差量。■（2）一般情况下，所有误差源均可看成是对理想特性的小扰动，因而各个误差量都是对系统的一阶小偏差输入量。因此，

3、在研究各误差量之间的关系时，完全可以取一阶近似而忽略二阶以上的小量。■（3）误差分析要求首先建立误差方程，即反映各误差量之间有机联系的方程。这种方程是依据系统的机械编排方程通过微分处理来求取。平台式惯导系统误差分析由地理纬度和经度所确定的当地地理坐标系，与由计算纬度和经度所确定的计算机坐标系一般来说是不重合的，它们之间存在着小角度的位置偏差。如图所示：一、坐标系及小角度下的坐标变换矩阵以指北方位系统为例，其平台坐标系（惯导平台所模拟的坐标系）p与地理坐标系t一般来说也存在着小角度的位置偏差。同样，p系与c系之间也存在着小角度的位置偏差。坐标系及小角度下的坐标变换矩阵小角度下的坐标变换矩阵（1

4、）t系与c系之间的方向余弦矩阵定义纬度误差量和经度误差量：由于这种误差，使t系与c系之间存在着小偏差矢量角显然有如下关系如图所示，设t系与c系一开始是重合的；然后c系先绕轴转，得系；再绕轴转得系，最后绕轴转，便得到计算机系。即有小角度下的坐标变换矩阵在小角度条件下，取一阶近似值，有由此可得：作为小偏角，在t系和c系上的投影是相等的，即有小角度下的坐标变换矩阵（2）t系与p系之间的方向余弦矩阵设p系与t系有小误差角，写成列矩阵仿前可得小角度下的坐标变换矩阵（3）c系与p系之间的方向余弦矩阵设p系与c系有小误差角，写成列矩阵相应的方向余弦矩阵为小角度下的坐标变换矩阵（4）t系

5、c系与p系三者之间的关系由三个坐标系的转动关系可知，p系对于t系的误差角可分解为p系对于c系再加上c系对于t系的误差角。这种关系通过方向余弦矩阵的转换可以看得更清楚。小角度下的坐标变换矩阵上式的意义：通过引入计算机坐标系c，把平台系相对地理系的误差角分成了两部分：一部分是计算机系相对地理系的误差角，它主要反映了导航参数误差及。这种误差通过给平台的指令角速率转化为平台误差角的一部分；另一部分是平台系相对计算机系的误差，它主要反映了陀螺平台自身的漂移角速度以及施矩轴线偏离了正确位置所造成的平台误差角。小角度下的坐标变换矩阵二、系统误差方程的建立（1）定义误差量上式为地理位置和速度误差量的定义式，

6、也可称为这些导航参数（时间函数）的变分或一阶微分。平台系相对地理系的误差角分量，根据前面的定义可用来表示。另外，以上各量对应的初始值以及一阶导数也可得到类似定义。此外，用表示陀螺仪的干扰力矩引起的平台绕三个轴的漂移角速率，用表示东向和北向加速度计的零偏误差。（2）误差传递方向惯性平台的两个水平控制回路既有交联影响，同时又构成了一个大的闭环系统。因而误差量之间的相互影响也具有相同的特点。下图是惯性平台误差传递方向的示意图。系统误差方程的建立闭环系统可以分为三段：■第一段由平台误差角速率通过一次积分并加上初始偏差，形成平台误差角，从而引起加速度测量的交叉耦合误差，再加上加速度计的零偏误差，最后形

7、成加速度误差；系统误差方程的建立系统误差方程的建立■第二段由通过一次积分并加上初始给定误差，形成速度误差，而后除以地球曲率半径，再通过一次积分并加上初始误差，最后形成导航位置误差；■第三段由构成对陀螺仪的指令角速率误差，加上陀螺平台本身的漂移误差角速率，以及平台相对计算机系的偏角的影响，最终形成平台系相对地理系的误差角速率，正好传递了一周。系统误差方程的建立系统误差方程的建立由此可见，在建立系统误差方程时，也