《D3惯性导航的基本原理及分类》-课件设计（公开）.ppt

半解析惯导系统-加速度积分 半解析惯导系统-速度积分 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 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 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 * * 惯性导航的基本思想 牛顿三定律是惯性导航的力学基础 第一定律 当物体未受外力…… 第二定律 第三定律 作用力与反作用力 任何运动体的运动状态都可以用加速度来表征 加速度、速度和航程之间的关系 加速度可以由加速度计测量 惯性导航：以加速度测量为基础的导航定位方法 这种不依赖外界信息，只靠对载体本身的惯性测量来完成导航任务的技术称作惯性导航 基本概念 二维导航简图 简化的惯性导航问题 首先，假设载体在地球表面做二维移动 稳定平台和加速度计的功能 基本概念 加速度积分 将测出的加速度信号进行一次积分后，可分别得出载体的速度分量 基本概念 经纬度计算 载体的经纬度λ和φ，可以从下式求得 基本概念 导航系统组成 基本惯性导航系统主要包括以下几个部分： 加速度计 模拟某一坐标系的平台 积分器 初始条件的调整 基本概念 单轴导航 简化的单轴导航情况 载体位于 P 点 Y 轴沿当地水平 Z 轴沿当地铅垂 Yp 是加速度计敏感轴 Xp 是陀螺仪的敏感轴 平台角速度ωp 由陀螺控制 基本概念 导航仪表误差 实际功能与误差 由于存在各类误差，理想的单轴导航是不可能实现的 1．仪表误差 当比力在加速度计敏感轴上的分量是 f 时，加速度计输出信号事实上是 比力 比力在加速度计敏感轴上的分量为 基本概念 导航初始误差 当平台的指令信号为ωc时，平台的旋转角速度则为 Kg 为平台陀螺力矩器标度系数误差 ε为陀螺仪的漂移角速度 上述误差使平台和当地水平面之间存在角α 2．初始误差 在起始时刻，引入计算机的初值有误差 基本概念 单轴导航系统方块图 简化单轴导航系统 基本概念 导航方程推导 对上式适当变换，有 令 上式可改写为 前式 可改写为 基本概念 导航误差方程 消掉α变量，得 基本概念 导航误差方程 展开上式并忽略二阶小量，有误差方程式： 其中 其周期 基本概念 导航误差分类 解误差方程，设比 84.4 分钟小得多又不为零的时间间隔 T 内有常值加速度γ作用，则有 误差源可以分为两类： 1、随时间保持有界的误差（前五项 ） 2、随时间增大的误差（后两项） 基本概念 导航误差数量级1 有关误差的数量级 1．初始位置误差 有 2．初始速度误差 有 3．初始对准误差 有 最大误差 4．加速度计的零位误差 有 最大误差 基本概念 导航误差数量级2 5．加速度计的标度系数误差 设 T=30s， 有 最大误差 6．陀螺漂移角速度 有 7．陀螺标度系数误差 有 航程为 1000 km 时，误差 1 km；3000 km 时，误差 3 km 基本概念 比力 关于比力 升降机中的弹簧与其悬挂的质量m 构成了加速度计的基本形式 重力场中，可以通过弹簧的伸缩变形判断加速度方向 没有附加的重力场信息，则无法根据弹簧变形判断加速度性质 重力已知的情况下，使弹簧变形的力的确切度量为 由于 m 已知，则差值 可以作为测量量，称比力 表示单位质量上受到的外力作用的代数和 工程中，仍习惯说加速度计是测量加速度的。这种情况下对重力加速度 g 的处理 基本概念 垂直惯性测量1 垂线方向惯性测量的不稳定性 基于加速度计的垂直通道的测量，由于重力场的存在而变得复杂，并将产生很大的误差 开环系统。计算和仪表误差都将累计 如加速度计的零位偏差 则引起的误差为 当 t=5 分钟时，Δh=44 m，当 t=10 分钟时，Δh=176 m 只能短时间应用 基本概念 垂直惯性测量2 垂直通道开环测量的不稳定性 加速度计测量到的比力为 g 可以表示为 因此 该方程是不稳定的，因此在垂直方向惯性测量不能长时应用 加速度计输出 地理坐标系 为确定载体相对选定的导航坐标系的运动加速度，须从加速度计所感受的绝对加速度信号中，分