张倩 平台式惯性器件.ppt

新型惯性器件及其应用 新型惯性器件及其应用 平台式惯性导航系统 张 倩 * 新型惯性器件及其应用 * 平台式惯性导航系统 按照惯性导航组合在飞行器上的安装方式，可分为平台式惯性导航系统（惯性导航组合安装在惯性平台的台体上）和捷联式惯性导航系统（惯性导航组合直接安装在飞行器上）。 * 新型惯性器件及其应用 * 平台式惯性导航系统 将陀螺仪和加速度等惯性元件通过万向支架角运动隔离系统与运动载物固联的惯性导航系统。 * 惯性器件原理及应用 * 平台式惯性导航系统 根据建立的坐标系不同，又分为空间稳定和本地水平两种工作方式。 空间稳定平台式惯性导航系统的台体相对惯性空间稳定，用以建立惯性坐标系。地球自转、重力加速度等影响由计算机加以补偿。这种系统多用于运载火箭的主动段和一些航天器上。 * 新型惯性器件及其应用 * 平台式惯性导航系统 本地水平平台式惯性导航系统的特点是台体上的两个加速度计输入轴所构成的基准平面能够始终跟踪飞行器所在点的水平面（利用加速度计与陀螺仪组成舒拉回路来保证），因此加速度计不受重力加速度的影响。这种系统多用于沿地球表面作等速运动的飞行器（如飞机、巡航导弹等）。 * 新型惯性器件及其应用 * 平台式惯性导航系统 在平台式惯性导航系统中，框架能隔离飞行器的角振动，仪表工作条件较好。平台能直接建立导航坐标系，计算量小，容易补偿和修正仪表的输出，但结构复杂，尺寸大。 * 新型惯性器件及其应用 * 平台式惯性导航系统 1、全姿态惯性测量组合IMU * 惯性器件原理及应用 * 误差 标定 补偿 空间三维角速度 自主测量 空间三维加速度 自主测量 导航 解算 自主导航定位信息 方向 姿态 速度 位置 正交装配 陀螺 加计 x y z IMU 平台式惯性导航系统 1、全姿态惯性测量组合IMU * 惯性器件原理及应用 * 根据IMU选择的坐标系， 可构成各种不同方案的惯性导航系统。平台式惯性导航系统IMU稳定在导航坐标系里，与运动的载体相隔离，而捷联式方案是把IMU固定在载体上。 三个单自由度陀螺仪分别检测或稳定三个轴的角运动，三个单轴加速度计检测沿三个轴的加速度。 平台式惯性导航系统 * 惯性器件原理及应用 * 加速度计安装在惯导平台上，而惯导平台稳定在 某一参考坐标系上 平台式惯性导航系统 2、平台式惯性导航系统的主体仪器结构 * 惯性器件原理及应用 * 平台式惯性导航系统 ?为了把IMU与载体相隔离，用一套框架系统把IMU支承起来，使IMU成为在载体上不受载体运动影响的一个物理平台。 ?在图中A即是由陀螺和加速度计组成的测量部件IMU，是平台台体，平台用垂直的一个内环B支承起来，平台与内环间可以作360o的相对转动。 ?内环支承在水平的外环C中，内环连同平台可绕水平Xp轴相对外环转动。 外环水平地支承在载体上，内外环及平台一起可以绕水平的Yp轴相对载体转动。 ?在惯性平台稳定工作时，实际的平台与载体的相对运动情况正好相反，载体无论作方位旋转还是纵倾横摇，平台始终稳定在某一导航坐标系中不动。 * 惯性器件原理及应用 * 平台式惯性导航系统 ?平台三个支承轴之间的相对转角就测量出了载体的航向和水平姿态角。把平台的外框轴沿载体的纵横轴安装，如图在船上的安装，则垂直的Zp轴测航向，Xp轴测纵摇， Yp轴测横摇。各轴上装上测角传感器就测量出了载体的航向和水平姿态信号。 * 惯性器件原理及应用 * 平台式惯性导航系统 * 惯性器件原理及应用 惯性器件原理及应用 * 万向支架 转子 平台式惯性导航系统 * 惯性器件原理及应用 * 载体 角度传感器 陀螺仪工作原理示意图 基座 平台式惯导工作原理 * 惯性器件原理及应用 * 平台式惯导工作原理 * 惯性器件原理及应用 * 在载体上建立一个导航参考坐标系 平台上的加速度表测量载体的加速度 测量载体的姿态角 平台式惯性导航系统组成 * 惯性器件原理及应用 * 由陀螺仪及稳定回路进行稳定，模拟一个导航坐标系，也是加速度计的安装基准。 稳定平台 加速度计 陀螺 导航计算机 稳定回路 控制器显示器 精确给定初始位置 惯性平台初始对准 平台式惯性导航系统 3、平台稳定回路 1）是一套快速精密的伺服跟踪系统，使框架系统真正起到把载体与IMU的运动相隔离的作用。 2）稳定回路保证了框架系统快速精确地跟踪陀螺仪，从而使平台稳定在导航坐标系里，成为测量载体航向和水平姿态信息的基准。 3）以方位稳定回路为例，载体如有方位的转动，它要带动内 外框架和台体一起转动，陀