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惯导2惯性导航的基本原理及分类
故障检测及处理 重新编排 如陀螺 A 坏了,则测量值 m1,m2 不能用于数据处理,从方程 消去 m1 和 m2 的行 ,得: 不需要改变硬件,利用计算机通过改变软件可能既方便又迅速地实现 2.5 捷联式惯性导航系统 故障检测及处理 重新编排(i) 新的测量方程 新的最小二乘数据处理方程 (P1) 前十种故障条件下 ,依据失效陀螺的编号,选取相应的测量矢量 Mi 和测量矩阵 Ri (Pi) 后五种情况,正常工作的陀螺少于两个,计算机平台已不能工作。系统重新编排已无意义。 2.5 捷联式惯性导航系统 本章小结 2-1 基本概念的描述 一、理想地面惯导系统(惯性导航系统的组成、误差分类) 二、比力 三、垂线方向惯性测量的不稳定性 2-2 加速度计输出公式 一、地理坐标系相对惯性空间的旋转角速度 二、绝对加速度的矢量表达式 三、绝对加速度的标量表达式 四、有害加速度的典型值 2-3 半解析式惯导系统 一、基本类型 二、固定方位半解析式(定位过程、稳定回路、修正回路) 2-4 解析式惯导系统 与半解析式惯导系统的区别 2-5 捷联式惯导系统 一、作用原理 二、方向余弦矩阵微分方程 三、冗余陀螺最优编排、故障检测、失效鉴别、重新编排 * PEζ平面与图中绿色部分在一个平面内,所以ωe平移之后仍然在该平面内,所以ωe在向东的方向没有分量。 2.2 惯性导航系统中加速度计输出信号公式推导 三、绝对加速度的标量表达式 位移加速度 苛氏加速度 向心加速度 有害加速度 又可进一步简写为: 注意: 重力加速度 g 的方向定为ζ的正向 式中的各项含义: 加速度计的输出信号 导航系统所需要的地速分量 有害加速度分量 四、有害加速度的典型数值 设如下一组数据 ,R = 6367.65 km, 以上数值代入,有 2.2 惯性导航系统中加速度计输出信号公式推导 结论:有害加速度比陀螺稳定平台倾斜1’所产生的误差要大一个数量级,故对加速度计的输出信号必须加以补偿才能达到比较精确的导航与定位。 2.3 半解析式惯性导航系统 一、半解析式惯性导航系统 各类惯性导航系统都必须解决两个问题 利用陀螺稳定平台解决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。 不同坐标系的选取以及实现方法构成了惯导系统的不同方案 陀螺稳定平台始终跟踪当地水平面 固定方位半解析式惯导系统 自由方位半解析式惯导系统 依据平台相对地面的方位不同,可分为: 平台上的一个敏感轴固定指向北方向 平台的水平轴 xP、yP 则分别与东方向、北方向相差γ角 游动自由方位半解析式惯导系统 在方位陀螺上施加控制力矩,使其完成相对惯性空间的旋转,其大小为 控制角γ的变化为 自由方位半解析式惯导系统 2.3 半解析式惯性导航系统 平台的方位和真北方向的夹角是不加控制的 优点:在高纬度处和在初始对准时不需要施加很大的力矩。 二、固定方位半解析式惯导系统 三个稳定回路与三个修正回路 2.3 半解析式惯性导航系统 半解析惯导系统-定位过程 2.3 半解析式惯性导航系统 半解析惯导系统-平台稳定 惯导平台对惯性空间稳定的实现 陀螺安装方式 平台安装方式 稳定原理(纵轴) 平台绕外环轴旋转 Gy 进动并输出信号 信号送至纵轴电机 电机产生恢复力矩 平台绕外环轴以相反的角速度运动 平台稳定回路 2.3 半解析式惯性导航系统 半解析惯导系统-变换器 当载体的方向发生 90 度变化 如果陀螺 Gy 的输出仍送到纵轴力矩电机 会造成错误控制 需要坐标变换器 2.3 半解析式惯性导航系统 半解析惯导系统-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,实现对地理坐标系的跟踪 控制陀螺使平台跟踪地理坐标系的回路,称修正回路 2.3 半解析式惯性导航系统 半解析惯导系统-修正过程 修正回路:加速度计输出 → 消除有害加速度 → 一次积分 → 地理坐标系相对惯性空间的转速 → 陀螺力矩器→ 力矩电机 2.3 半解析式惯性导航系统 解析惯导系统-方案及问题 解析式惯导系统 :平台相对惯性空间稳定 平台只需要稳定回路 加速度计输出不含有苛氏加速度项和向心加速度项 若计算载体相对地球的速度和位置,须进行坐标变换 导航过程中,平台坐标系相对 g 的方向在不断变化 三个加速度计中的 g 分量值也在不断变化,必须通过计算机对 g 的分量实时计算,以便进行输出补偿与积分 2.4 解析式惯性导航系统 解析惯导系统-重力分量公式 重力加速度 g 随着位移 X、Y、Z 变
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