组合导航综合设计总结报告-金鹏+卞晓永+毛槿健 .pdf

组合导航系统综合设计总结报告

姓名：030810521金鹏

030810523卞晓永

030810511毛槿健

班级：0308105

日期：2011/11/29

一、引言

1.1陀螺和加表的发展概况

1.2GPS的发展概况

1.3捷联惯导的现状

二、组合导航原理

2.1组合导航的工作原理

2.2INS/GPS组合模式分析

三、组合导航综合设计

3.1IMU误差建模及补偿

3.2GPS信息提取

3.3组合导航结果分析

四、小结与体会

一、引言、

1.1陀螺和加表的发展概况

惯性导航系统是一种自主式导航系统，自问世以来，广泛应用在航海、航空、航天和军

事等领域中；陀螺仪作为一种重要的惯性敏感器，是构成INS的基础核心器件，INS的性能在

很大程度上取决于陀螺仪的性能。根据近几年国内外文献，目前惯性导航中应用的陀螺仪按

结构构成大致可以分为三类：机械陀螺仪，光学陀螺仪，微机械陀螺仪(MEMSG)。

1.1.1基本原理

1、陀螺仪

用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运

动检测装置。利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。

陀螺仪的原理就是，一个旋转物体

的旋转轴所指的方向在不受外力影响

时，是不会改变的。人们根据这个道

理，用它来保持方向，制造出来的东

西就叫陀螺仪。陀螺仪在工作时要给

它一个力，使它快速旋转起来，一般

能达到每分钟几十万转，可以工作很

长时间。然后用多种方法读取轴所指

示的方向，并自动将数据信号传给控

制系统。

2、加速度计

加速度计由检测质量（也称敏感质

量）、支承、电位器、弹簧、阻尼器和

壳体组成。检测质量受支承的约束只能

沿一条轴线移动，这个轴常称为输入轴

或敏感轴。当仪表壳体随着运载体沿敏

感轴方向作加速运动时，根据牛顿定

律，具有一定惯性的检测质量力图保持

其原来的运动状态不变。它与壳体之间

将产生相对运动，使弹簧变形，于是检

测质量在弹簧力的作用下随之加速运

动。当弹簧力与检测质量加速运动时产

生的惯性力相平衡时，检测质量与壳体

之间便不再有相对运动，这时弹簧的变形反映被测加速度的大小。电位器作为位移传

感元件把加速度信号转换为电信号，以供输出。加速度计本质上是一个一自由度的振

荡系统，须采用阻尼器来改善系统的动态品质。分类和工作原理加速度计的类型较

多：按检测质量的位移方式分类有线性加速度计(检测质量作线位移)和摆式加速度计

（检测质量绕支承轴转动）；按支承方式分类有宝石支承、挠性支承、气浮、液浮、

磁悬浮和静电悬浮等；按测量系统的组成形式分类有开环式和闭环式；按工作原理分

类有振弦式、振梁式和摆式积分陀螺加速度计等；按输入轴数目分类，有单轴、双轴

和三轴加速度计；按传感元件分类，有压电式、压阻式和电位器式等。通常综合几种

不同分类法的特点来命名一种加速度计。

1.1.2发展概况

1、陀螺仪的发展

1687年牛顿提出了力学三大定律和引力定律，为惯性导航奠定了理论基础；

1765年俄国欧拉院士出版了著作《刚体绕定点运动的理论》，首次利用解析的方法对定点转

动刚体作了本质解释，创立了陀螺仪理论的基础；1778年法国拉格朗日在《分析力学》中

建立了在重力力矩作用下定点转动刚体的运动微分方程组。

1852年法国科学家傅科根据上述理论发现了陀螺效应，观察到了地球自转，并首先使用

“Gyro”(Gyroscope－转动＋观察)这个名词；开创了人们对工程实用陀螺的研究和开发。

1923年，舒勒发表了论文《运载工具的加速度对于摆和陀螺仪的干扰》，提出了84.4分的

无干扰理论，为惯性技术的发展起到了关键的理论指导作用，陀螺仪的设计开始完善；

1939年，苏联－布尔佳科夫通讯院士出版的：“陀螺仪实用理论”一书，认为是陀螺仪实

用理论的奠基性的著作。

1949年，J.H.Laning,Jr.发表名为“The