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第十七章 惯性导航系统 2003 年 3月 17.1 惯性导航系统—概述 功用——测量飞机的位置、地速、航迹、风、姿态、航向等导航参数。人工引导/或利用A/P控制飞机的运动轨迹。 分类—— 1导航仪表—— 2无线电导航系统——受气候及环境干扰 3天文导航系统——利用光学仪器，跟踪测量星体高度角及方位，以计算出航星体在地球上的位置和航向，但也受云层及气象条件的限制。 4卫星导航系统——导航为向严格地控制在预定轨道上运行。利用装载飞机上的无线电设备测出飞机与卫星之间的相对速度和位置，从而计算出飞机在地球上的位置等参数。 IRS 概述（续） 　　　5惯性导航——利用牛顿力学定律测出飞机运动加速度，经积分运算得出运动速度和位移量，进而计算出地速，位置等导航参数。因为加速度计需安装在陀螺稳定平台上，因此平台可以输出飞机的姿态和航向。加速度计和陀螺都是测量相对惯性空间的运动参数，它们都是惯性元件，都是利用惯性效应去敏感相对惯性空间的运动参数。所以叫“惯性导航系统”。 IRS 概述（续） 惯导不依赖任何外界信息来测量导航参数，因此不受天气或人为的干扰，具有很好的隐蔽性，是一种完全自由式导航系统。 IRS 概述（续） 主要缺点是定位误差随时间而积累，长时间工作会产生超出允许范围的积累误差。此外，陀螺、加速度计、计算机的精度要求高。 6综合导航系统——为了提高定位精度和性能，将两种以上的导航系统组合为“组合导航系统”利用各自的优点，尽量避开各自的缺点，起到优势互补的作用。 IRS 概述（续） 惯性导航系统的功用和分类： 根据牛顿定律，利用一组加速度计连续地测量，从中取出飞机相对某一导航坐标系（人工建立的陀螺平台或计算机的“数学平台”）的加速度信息，通过计算输出飞机相对导航坐标系的导航参数。 平台是惯性导航系统必须解决以下几个问题： 1必须采用一组高精度的加速度计； 2必须利用一组高性能的陀螺仪来模拟一个稳定的导航坐标系； 3必须有效地将飞机的运动加速度和重力加速度分开，并消除其他有害加速度； 4必须建立精密的计算和补偿网络。 捷联式惯导将惯性元件直接安装在飞机上，省去了平台，有计算机的“数学平台”所代替。需要机体坐标系到导航坐标系的转换计算。 坐标系 1惯性坐标系——地球中心为原点，即地球中心惯性坐标系。一轴沿地球自转轴方向，另两轴在赤道平面内。坐标不随地球转动， 坐标系 2地球坐标系——地球中心为原点，相对地球不旋转（oxyz），ox为赤道平面与本初子午线（指向格林威治经线），ox沿地轴指向北极（与地轴重合）。y与其构成右手坐标系，指向东经90o方向。固联于地球，与地球一起转动。 3 地理坐标系――原点在地球重心或地球表面上某点，ox指东oy指北，oz垂直当地平面指向天。 坐标系 4机体坐标系――原点在飞机重心，ox沿飞机横轴指向右，oy沿飞机纵轴指向前，oz沿飞机立轴指向上，固联于飞机。 平台坐标系――oxyz，原点在飞机重心，ox、oy两轴总在水平面内且互相垂直，oz垂直水平面，指向天。平台坐标系可以与地理坐标系重合，也可以在水平面内与地理坐标系成一定夹角，成为流动方位坐标系。 陀螺稳定平台 陀螺稳定平台定义――利用陀螺特性，直接或间接地使某一物体（平台――稳定器）相对地球或惯性空间保持给定位置，或按给定规律改变起始位置的一种陀螺装置。 　　　　陀螺稳定平台的特点――能承受较大干扰负荷力矩，而又能较精确的输出测量角。　 陀螺稳定平台（稳定器）的分类――1按稳定轴数分：单轴，双轴，三轴，2按稳定原理分：直接陀螺稳定器、动力陀螺稳定器、间接陀螺稳定器。 单轴陀螺稳定器基本工作原理—直接陀螺稳定器 1、外框轴有干扰力矩作用时，陀螺绕内框轴进动，同时产生陀螺力矩，与干扰力矩方向相反，抵搞干扰力矩，起到平衡干扰力矩的作用，保持被稳定对象在惯性空间内角位置不变。 直接陀螺稳定器 缺点：1长时间受到方向不变的干扰力矩时，陀螺将失去稳定性。 2干扰力矩M全靠陀螺力矩L去抵消（L＝Hω= M），所以要求H大，即J大，大，即增大转子半径和质量（有一定限度），故体积大，重量大。 单轴陀螺稳定器基本工作原理—动力陀螺稳定器 2.动力陀螺稳定器-利用陀螺力矩L和稳定系统的电机M共同抵消干扰力矩. 右图中,陀螺有两个自由度,把平台看作外框,则平台轴就是外框轴,即三自由度。设干扰力矩作用在平台轴上，陀螺绕内框轴进动 动力陀螺稳定器 （续） ①???? 产生陀螺力矩 ②???? 内框轴进动 ③???? 角信号 放大 稳定电机，产生电机力矩M，而且M与L方向相同，与M方向相反，共同抵消干扰力矩M，故有很高的抗干扰能力。但，陀螺内框轴有干扰力矩时，整个陀螺和平台一起绕平台轴进动（视为三自由度陀螺），平台轴的漂移误