捷联式惯性测量基本原理____重要.pptx

1 第三章 捷联式惯性测量的基本原理 2 0、一维捷联惯性导航——基本原理 确定一维直线运动火车的实时速度、位置? 利用加速度计测量火车沿铁轨运动的加速度，可以确定火车的瞬时速度和从己知起始点行走的距离。 3 1、二维捷联惯性导航——基本原理 确定二维平面内曲线运动火车实时速度、位置 利用加速度计测量火车沿铁轨运动的加速度，利用陀螺测量火车实时的角速率信息，可以确定火车的瞬时速度和从己知起始点行走的距离。 4 1、二维捷联惯性导航——基本原理 二维捷联微惯性测量系统原理框图 5 2、二维捷联惯性导航——基本原理 系统基本组成： 包含两个加速度计和一个单轴速率陀螺，它们刚性固连于载体上。图中所示是所有仪表的安装基座。加速度计的敏感轴相互垂直，且在运动平面内与运载体的轴向一致，分别表示为xb和zb。 陀螺仪敏感轴(Yb)垂直于加速度计的两个敏感轴安装，测量绕垂直于运动平面的轴的转动。假定在Xi和Zi表示的空间固定的参考坐标系中导航，参考坐标系和载体坐标系间的关系下图所示，图中θ表示参考坐标系和载体坐标系之间的角位移。 6 3、二维捷联惯性导航——基本原理 二维捷联微惯性测量系统参考坐标系与导航方程组 7 2、二维捷联惯性导航——基本原理 在旋转坐标系中导航的二维捷联微惯性测量系统 地理系中导航 子午面内运动 8 2、二维捷联惯性导航——基本原理 三个笛卡尔直角导航坐标系：i、e、n 9 3、三维捷联惯性导航——基本原理 载体坐标系：b 10 3、三维捷联惯性导航——基本原理 相对于固定坐标系的导航（i系）： 考虑相对于一个固定的即没有加速度、没有转动的轴系的导航情况。 对测得的比力分量和重力场的估计值求和来求解相对于空间固定参考坐标系的加速度分量。得到的加速度分量通过两次积分，即可得到该坐标系中的速度和位置的估计值。 11 3、三维捷联惯性导航——基本原理 相对于固定坐标系的导航（i系）： 12 3、三维捷联惯性导航——基本原理 相对旋转坐标系的导航（e系）： 实际上，在近地面导航时，常常需要知道运载体在旋转参考坐标系中的速度和位置的估计值。 在这种情况下，由于参考坐标系的转动会产生附加的外部力，由此导致对导航方程的修改。对修改后的导航方程进行积分可直接得到运载体的地速，也可以利用哥氏定理从惯性速度 Vi中求得: 13 3、三维捷联惯性导航——基本原理 导航坐标系的选择： 导航方程 可以在任一选定的参考坐标系中解算。 例如，选择地球坐标系作为参考坐标系，导航方程的解将是以地球坐标系表示的运载体相对于惯性系或地球系的速度估值，分别表示为 。 参考系选的不同，导航方程的表达方式也不同。 14 3、三维捷联惯性导航——基本原理 加速度计测量值的分解： 加速度计通常提供相对于载体系的比力测量值 。 为了进行导航，必须将比力分解到所选定的参考坐标系中。如果选择惯性坐标系为参考坐标系，则可以通过矢量左乘方向余弦矩阵 将其分解在i系中，即 15 3、三维捷联惯性导航——基本原理 系统举例——相对惯性系导航： 捷联惯导系统所执行的主要功能： 产生载体姿态的角速度测量值的处理、惯性参考系中比力测量值的分解、重力的补偿以及对加速度估计值进行的积分运算(以确定载体的速度和位置)。 16 4、捷联微惯性测量系统——机械编排 近地面导航： 求解载体相对于地球固连坐标系的速度和位置的估计值，系统产生的附加外力是参考坐标系运动的函数。 系统的机械编排与其应用一起叙述。注意，这里所说的机械编排不同，是指捷联计算方法的不同，而不是指敏感器的布局或系统机械设计的不同。 17 系统举例——相对惯性系导航： 这种系统中，需要在惯性系中计算运载体相对于地球的速度，即地速，用符 号表示。 4、捷联微惯性测量系统——机械编排 18 系统举例——相对惯性系导航： 4、捷联微惯性测量系统——机械编排 19 系统举例——相对惯性系导航： 4、捷联微惯性测量系统——机械编排 20 系统举例——相对地球坐标系导航： 4、捷联微惯性测量系统——机械编排 在这类系统中，地速是在与地球固连的坐标系中表示的，即表示为 。根据哥氏方程，速度相对于地球坐标系的变化率可用惯性系下速度的变化率来表示: 21 系统举例——相对地球系导航： 4、捷联微惯性测量系统——机械编排 22 推广——相对地球上某一固定点距离较短的导航： 4、捷联微惯性测量系统——机械编排 相对地球系导航的变化形式，可用于相对于地球上某一固定点的短距离导航。这种机械编排常应用于战术导弹相对于地面跟踪站进行的导航。 在这种系统中，地面站提供的目标跟踪信息可与导弹上的惯性导航系统的信息进行组合，用来给导弹提供弹