新型惯性器件 第一部分专用课件.ppt

?数字电子技术双语教学的探索与实践 新型惯性器件及惯性系统 本章提纲 1、地球自转 2、参考坐标系 3、陀螺仪的数学、物理（力学）基础 4、陀螺仪的定义、分类及性能参数 5、几种经典陀螺仪介绍 6、加速度计 地球自转 1、地球的形状 地球实际上是一个质量非均匀分布、形状不规则的几何体 在研究惯性导航问题时,通常把地球看成是一个旋转椭球体，国际大地测量协会于1924年将海福德椭球作为标准参考椭球,该椭球长半轴即地球赤道半径为6378.389公里,短半轴即地球极半径为6356.912公里,椭圆度为1/297； 在研究陀螺仪的运动时,通常把地球近似地看成是一个球体，并取其平均半径为R=6370 公里； 地球绕地轴作自转运动,并且沿椭圆轨道绕太阳作公转运动 地球自转角速度： ωie= 360度/23小时56分4.1秒 = 15.0411度/小时=7.2921×10-5弧度/秒 地球自转 地球自转 2、经纬度 地轴与地球表面的交点为地球的两极。 通过地理南、北极的大圆弧叫做子午线或经线, 它是表示地理南、北的方向线.子午线与地轴构成的平面叫做子午面. 国际上规定，通过英国格林威治天文台的子午线为本初子午线,它与地轴构成的平面为本初子午面. 子午面与本初子午面之间的夹角叫做经度.经度的数值是以本初子午面为始点计算的.在东半球,以本初子午面为始点向东计算的经度叫做东经,东经共分180度；在西半球,以本初子午面为始点向西计算的经度叫做西经,西经共分180度. 地球自转 2、经纬度 通过地心并垂直于地轴的平面为赤道平面,赤道平面与地球表面的交线为赤道.赤道是纬线,且是一个大圈.凡垂直于地轴的平面与地球表面的交线都是纬线,但相对赤道而言, 这些纬线是小圆. 地垂线与赤道平面之间的夹角叫做纬度.纬度的数值是以赤道平面为始点计算的。在北半球,以赤道平面为始点向北 计算的纬度叫做北纬,北纬共分90度;在南半球,以赤道平面为始点向南计算的纬度叫做南纬,南纬共分90度。 参考坐标系 1、建立参考坐标系的意义 宇宙间的一切物体都是在不断地运动,但对单个物体是无 运动可言的,只有在相对的意义下才可以谈运动.一个物体在 空间的位置只能相对于另一个物体而确定,这样,后一个物体 就构成了描述前一个物体运动的参考系. 参考系通常采用直角坐标系来代表,称为参考坐标系或简 称参考系.在研究陀螺仪或运载体的运动时,同样需要有参考 坐标系才成. 陀螺仪最重要的功用之一就是用它在运载体上模拟地理 坐标系或惯性坐标系。 常用坐标系：地心惯性坐标系、地球坐标系、地理坐标系、载体坐标系。 参考坐标系 2、几个参考坐标系的定义 惯性坐标系 通常把使得牛顿力学定律成立的参考坐标系,称为惯性坐 标系，简称惯性系； 根据选取的坐标系原点不同，分为日心惯性坐标系和地 心惯性坐标系。 日心惯性坐标系：原点取在太阳的中心,三根轴指向确定的恒 星。 地心惯性坐标系（Oxiyizi）：原点取在地球的中心,xi和yi轴 位于赤道平面内并指向确定的恒星，zi轴与地轴（地球自转 轴）重合。地心惯性坐标系不参与地球自转。 惯性空间：惯性坐标系三根轴所代表的空间。 参考坐标系 2、几个参考坐标系的定义 地球坐标系（Oxeyeze） 与地球固连，原点取在地球的中心,xe和ye轴位于赤道平 面内，分别指向本初子午线和东经90°子午线，ze轴与地轴 重合。 地球坐标系参与地球自转，它相对于惯性坐标系的转动 角速度就等于地球自转角速度。 地球相对惯性空间的转动，可以用地球坐标系相对于惯 性坐标系的转动来表示。 参考坐标系 2、几个参考坐标系的定义 地理坐标系（OENZ） 其原点与运载体的重心 重合,E轴沿当地纬线指东,N 轴沿当地子午线指北,Z轴沿 当地地垂线指天.其中E轴与 N轴构成的平面即为当地水 平面,N轴与Z轴构成的平面 即为当地子午面. 这种地理坐标系是跟随 运载体运动的,更确切地说 应称为动地理坐标系或当地 地理坐标系. 参考坐标系 当运载体在地球上运动时,运载体相对地球的位置不断 改变;而地球上不同地点的地理坐标系,其相对地球坐标系 的角位置是不相同的.也就是说，运载体相对地球运动引起 地理坐标系相对地球坐标系转动.这时地理坐标系相对惯性 坐标系的转动角速度应包括两个部分：一是地理坐标系相 对地球坐标系的转动角速度:另一是地球坐标系相对惯性坐 的转动角速度. 地理坐标系的三根轴构成右手直角坐标系，可以按“东、北、天”、“北、西、天”或“北、东、地”顺序构成。 参考坐标系 2、几个参考坐标系的定义 载体坐标系（Oxbybzb） 与载体固连