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(应用物理论文)宗瑶07惯性导航
学院:物理科学与技术学院 年级:2010级
姓名:宗瑶瑶 学号:201010800007
课程名称:应用物理选讲
惯性导航系统
摘要 本文通过对惯性原理的一个重要应用——惯性系统的分析和描述,来具体说明惯性导航系统的工作原理和具体应用,并通过对惯性导航系统的不同种类说明和对比以及对其具体应用的举例说明,来更加透彻清晰地说明惯性导航系统的重要性和灵活性。
关键字 惯性 导航 分类 应用
惯性原理的一个很显著的应用就是惯性导航系统。惯性导航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。组成惯性导航系统的设备都安装在运载体内,工作时不依赖外界信息,也不向外界辐射能量,不易受到干扰,是一种自主式导航系统。惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪,又称惯性导航组合。3个自由度陀螺仪用来测量运载体的3个转动运动;3个加速度计用来测量运载体的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。控制显示器显示各种导航参数。按照惯性导航组合在运载体上的安装方式,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运载体上);后者省去平台,所以结构简单、体积小、维护方便,但仪表工作条件不佳(影响精度),计算工作量大。惯性导航系统有如下主要优点.(1)由于它是不依赖于任何外部信息.也不向外部辐射能量的自主式系统.故隐蔽性好且不受外界电磁干扰的影响;(2)可全天侯全球、全时间地工作于空中地球表面乃至水下.(3)能提供位置、速度、航向和姿态角数据,所产生的导航信息连续性好而且噪声低.(4)数据更新率高、短期精度和稳定性好.惯性导航系统有如下主要缺点:(1)由于导航信息经过积分而产生,定位误差随时间而增大,长期精度差;(2)每次使用之前需要较长的初始对准时间;(3)设备的价格较昂贵;(4)不能给出时间信息。 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)。
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。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)。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。
根据所用陀螺仪的不同,分为速率型捷联式惯性导航系统和位置型捷联式惯性导航系统。速率型捷联式惯性导航系统用速率陀螺仪,输出瞬时平均角速度矢量信号;位置型捷联式惯性导航系统用自由陀螺仪,输出角位移信号。捷联式惯性导航系统省去了平台,所以结构简单、体积小、维护方便,但陀螺仪和加速度计直接装在飞行器上,工作条件不佳,会降低仪表的精度。这种系统的加速度计输出的是机体坐标系的加速度分量,需要经计算机转换成导航坐标系的加速度分量,计算量较大。惯性导航系统用于各种运动机具中,包括飞机、潜艇、航天飞机等运输工具及导弹,然而成本及复杂性限制了其可以应用的场合惯性系统最先应用于火箭制导,美国火箭先驱罗伯特.戈达尔试验了早期的陀螺系统。二战期间经德国人冯布劳恩改进应后,应用于火箭 制导。战后美国麻省理工学院等研究机构及人员对惯性制导进行深入研究,从而发展成应用飞机、火箭、航天飞机、潜艇的现代惯性导航系统惯性技术是对载体进行导航的关键技术之一,惯性技术是利用惯性原理或其它有关原理自主测量和控制运载体运动过程的技术它是惯性导航、惯性制导、惯性测量和惯性敏感器技术的总称。现代惯性技术在各国政府雄厚资金的支持下己经从最初的军 事应用渗透到民用领域惯性技术在国防装备技术中占有非常重要的地位。 对于惯性制导的中远程导弹一般说来命中精度70%取决于制导系统的精度。对于导弹核潜艇,由于潜航时间长,其置和速度是变化的,而这些数据是发射导弹的初始参数,直接影响导弹的命中精度,因而需要提供高精度位置速度和垂直对准信号。目前适用于潜艇的唯一导航设备就是惯性导航系统惯性导航完全是依靠运载体自身设备独立自主地进行导航不依赖外部信息,具有隐蔽性好、工
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