2.1惯性导航基本概念分析.ppt

第二部分 惯性导航基本原理 * 内容安排 * 一、惯性导航基本概念 二、捷联惯性导航算法 三、捷联惯性导航误差传播特性 四、捷联惯性导航初始对准技术 1、基本概念 二维导航简图 简化的惯性导航问题: 首先，假设载体在地球表面做二维移动 稳定平台(stabilized platform)和加速度计(accelerometer)的功能 * 1、基本概念 加速度积分 将测出的加速度信号进行一次积分后，可分别得出载体的速度分量 * 1、基本概念 经纬度计算 载体的经纬度longitude, latitude λ和φ，可以从下式求得 * 1、基本概念 导航系统组成 基本惯性导航系统主要包括以下几个部分： 加速度计 模拟某一坐标系的平台(platform) 积分器(integrator) 初始条件的调整(initial condition) * 1、基本概念 比力 升降机中的弹簧与其悬挂的质量m 构成了加速度计的基本形式 重力场中，可以通过弹簧的伸缩变形判断加速度方向 没有附加的重力场信息，则无法根据弹簧变形判断加速度性质 重力已知的情况下，使弹簧变形的力的确切度量为： 由于 m 已知，则差值 可以作为测量量，称比力(scale force) 表示单位质量上受到的外力作用的代数和 工程中，仍习惯说加速度计是测量加速度的。这种情况下对重力加速度 g 的处理 * 1、基本概念 垂直惯性测量 垂线方向惯性测量的不稳定性 基于加速度计的垂直通道的测量，由于重力场的存在而变得复杂，并将产生很大的误差 ，计算和仪表误差都将累计 该方程是不稳定的，因此在垂直方向惯性测量不能长时应用 * 1、基本概念 坐标系定义 地心惯性坐标系（i系）： 地球坐标系（e系）： 地理坐标系（g系）：东北天坐标系 导航坐标系（n系）：一般选地理坐标系(东北天) 理想平台坐标系（T系）：同导航坐标系 实际平台坐标系（p系）：在平台台体上的惯性仪表（陀螺）敏感确定，相对于T系有平台误差角 载体坐标系（b系）：原点在载体质心，三个轴向分别为右，前，上 * * 1、基本概念 哥式定理 哥式定理描述的是绝对变化率和相对变化率之间的关系。设矢量 r，而 m 和 n 是两个相对旋转的坐标系，则哥式定理可以描述为 其中， 和 是分别在 m 坐标系和 n 坐标系内观察到的 r 的时间变化率， 在坐标系 n 和坐标系 m 的旋转角速度向m 坐标系投影，有 * 设惯性坐标系 i 和理想平台坐标系 T，则 T 系相对 i 系的运动包括：T 系相对 e 系运动， e 系相对 i 系运动 自地心至理想平台坐标系 T 的支点有位置矢量R，根据哥氏加速度定理 1、基本概念 基本方程推导 * 是在地球上观察到的位置矢量的变化率，所以也就是运载体相对地球的运动速度，也就是通常的地速，即 对上式两边求绝对变化率，并再次使用哥式定理，其中相对变化率对 T 系求取： 1、基本概念 基本方程推导 * 由于 设平台上加速度计质量块的质量为 m，质量m 受到的力为非外力F和地球引力mG，G 为引力加速度。根据牛顿第二定律： 加速度测量的比力 1、基本概念 基本方程推导 * 为向心加速度，方向指向地轴 重力加速度定义为： 综合以上，可以得到惯性导航系统的基本方程，即比力方程 1、基本概念 基本方程推导 * 是在平台坐标系内观察到的地速矢量VeT的变化率，将上式在T系内投影，则有 f 是加速度计的测量值，包括三部分有害加速度：地球自转的哥式加速度、载体转动的哥式加速度和重力加速度干扰。 在静基座条件下， 基本方程推导 1、基本概念 什么是惯性导航 * 各类惯性导航系统都必须解决两个问题 利用陀螺稳定平台建立输入信号的测量基准 利用加速度计信息的积分得到载体的速度和位置等信息。 　 惯性导航（inertial navigation）是依据牛顿惯性原理，利用惯性元件（加速度计）来测量运载体本身的加速度，经过积分和运算得到速度和位置，从而达到对运载体导航定位的目的。 惯性测量装置包括3个加速度计和3个陀螺仪，又称惯性导航组合。陀螺仪用来测量载体的3个转动运动；加速度计用来测量载体的3个平移运动的加速度。计算机根据测得的加速度信号计算出运载体的速度和位置数据。 1、基本概念 平台式惯导系统 三个稳定回路与三个修正回路 * 1、基本概念 加速度积分 * 1、基本概念 速度积分 * 1、基本概念 跟踪回路 地理坐标系相对惯性空间旋转，角速度ωE、ωN、ωζ 要使平台跟踪地理坐标系，须使平台也以同样的角速度相对惯性空间旋转 须给陀螺加控制电流，使三个陀螺分别产生如下进动角速度 陀螺的进动通过稳定回路传递给平台，实现对地理坐标系