第8章 平台式惯性导航系统原理及应用研究报告.ppt

因为自由方位平台不施加方位指令 一 平台指令角速率 Xt Yt Xp Yp K K 二 比力方程 为保持平台水平，相应的控制指令角速率为 三 自由方位惯导系统原理 8.4 游动方位惯导系统 游动方位惯导系统，与自由方位类似，使平台的台面处于当地水平面，方位轴只跟踪地球自转的分量。 一 坐标变换 1.游动方位系和地理坐标系的关系 Xt Yt Xp Yp K K 称为方向余弦矩阵 优点：方向余弦阵的逆矩阵等于它自身的转置，称为正交性。 在矩阵计算中，减少繁琐的运算，提高计算性能。 2.地球系与地理坐标系的关系（过程见p312） 这两个坐标系间关系与地理系原点所在经纬度有关，他们间的 方向余弦关系为： 3.平台系与地球系间的关系 ：称为位置矩阵 利用 即可求解φ、λ和α。因此，只要知道 ，就可求得飞机的位置和航向。 反映了游动平台系与地球系之间的关系，随着飞机位置及游动角的变化， 也随之变化，且可由计算机算出。 游动方位惯导位置角速率 1.地理系相对地球的位置角速率方程为： 2.游动系的位置角速率 三 游动方位平台的指令角速率 四 导航参数计算（p317） 电子信息工程学院 惯性导航原理 中国民航大学电子信息工程学院 崔 铭 8.3 自由方位惯导系统 8.1 概 述 8.5 平台式惯导系统初始 对准原理 第8章 平台式惯性导航系统原理及应用 8.2 指北方位惯导系统 8.4 游动方位惯导系统 一 惯性导航的分类 1.平台式惯导：三轴陀螺稳定平台，加速度计固 定在平台上，其敏感轴与平台轴平行，平台的三 根稳定轴模拟一种导航坐标系。 优点：直接模拟导航坐标系，计算比较简单；能 隔离载体的角运动，系统精度高。 缺点：结构复杂，体积大，制造成本高。 8.1 概 述 2.捷联式惯导：无稳定平台，加速度计和陀螺仪 与载体直接固连。载体转动时,加速度计和陀螺仪 的敏感轴指向也跟随转动。陀螺仪测量载体角运 动，计算载体姿态角，从而确定加速度计敏感轴 指向。再通过坐标变换，将加速度计输出的信号 变换到导航坐标系上，进行导航计算。 优点：无平台，结构简单，体积小，维护方便。 缺点：惯性元件直接装在载体上，环境恶劣，对元件要求较高；坐标变换中计算量大。 3.平台式惯导分类 （1）半解析式：又称当地水平惯导系统，系统 有一三轴稳定平台，台面始终平行当地水平面， 方向指地理北（或其它方位）。陀螺和加速度计 放置平台上，测量值为载体相对惯性空间沿水平 面的分量，需消除地球自转、飞行速度等引起的 有害加速度后，计算载体相对地球的速度和位置 。主要用于飞机和飞航式导弹，可省略垂直通道 加速度计，简化系统。 （2）几何式：该系统有两个平台，一个装有陀螺，相对惯性空间稳定；另一个装有加速度计，跟踪地理坐标系。陀螺平台和加速度计平台间的几何关系可确定载体的经纬度，故称几何式惯导系统。主要用于船舶和潜艇的导航定位。精度较高，可长时间工作，计算量小，但平台结构复杂。 （3）解析式：陀螺和加速度计装于同一平台，平台相对惯性空间稳定。加速度计测量值包含重力分量，在导航计算前必须先消除重力加速度影响。求出的参数是相对惯性空间，需进一步计算转换为相对地球的参数。平台结构较简单，计算量较大，主要用于宇宙航行及弹道式导弹。 导弹依在空中飞行的弹道可分两类：飞航式导弹和弹道式导弹，也可称有翼导弹和无翼导弹。(巡航导弹在弹道特征和弹体外形都有飞航式的特性，应作为飞航式的一种，而不能单独分类。) 飞航式:在大气层中飞行，有弹翼、尾翼和舵面。弹翼用于在大气层中飞行时产生流体升力，平衡导弹的重量。尾翼用于保持导弹飞行姿态的稳定性。舵面是用来控制导弹飞行姿态和弹道的调整。 特点：飞行距离较近，多是战术导弹。长度、弹径和重量较小，飞机、舰艇、潜艇和车辆均可作为发射平台。 4.半解析式平台惯导系统分类 飞机中应用多为半解析式惯导系统，根据平台两个水平 轴指向不同可分为 （1）指北方位惯导系统：工作时，平台的三个稳定轴分别指向 地理东、地理北、当地地平面的法线方向，即平台模拟当地地 理坐标系。 （2）自由方位惯导系统：工作时，平台的方位可以和北向成任 意夹角，始终指向惯性空间的某一个方向，台面仍要保持在当 地的水平面内。由于地球的旋转和飞机的运动，平台的横轴、 纵轴不指向地理东、北，而是有一定自由夹角，故称它为自由 方位惯导系统，其平台称为自由方位平台。 （3）游动方位惯导系统：与自由方位类似，平台的台面处于当 地水平面，方位轴只跟踪地球自转的分量。 平台式惯导的基本组成 平台式