智能网联汽车传感器技术 课件 7.惯性导航系统的认知.pptx

2023惯性导航系统的认知烟台汽车工程职业学院刘强

1.惯性导航系统的定义目录CONTENTS2.惯性导航系统的组成3.惯性导航系统的特点4.惯性导航系统的原理5.惯性导航系统的分类

惯性导航系统的定义惯性导航技术是利用陀螺仪和加速度计两种惯性敏感器和相应的配套装置建立基准坐标系，通过测量载体加速度和角速度，利用牛顿运动定律自动推算载体的瞬时速度和位置信息而实现自主导航的技术。

惯性导航系统的组成惯性导航系统主要由惯性测量装置计算机控制显示器等组成。

惯性导航系统的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动载体的角加速度3个加速度计用来测量运动载体的加速度计算机根据测得的加速度信号，计算出运动载体的速度和位置数据，控制显示器显示各种导航参数。

惯性导航系统的特点优点（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）覆盖范围广，可全天候、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）数据实时更新率高、短期精度和稳定性好。

惯性导航系统的特点缺点（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。

惯性导航系统的原理惯性导航系统是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。其基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度、角加速度，将它对时间进行一次积分，求得运动载体的速度、角速度，之后进行二次积分求得运动载体的位置信息，然后将其变换到导航坐标系，得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置信息等。

惯性导航系统的分类惯性导航系统根据力学编排实现形式的不同分为：平台式惯性导航系统捷联式惯性导航系统

惯性导航系统的分类平台式惯性导航系统框图平台式惯性导航系统平台式惯性导航系统是将陀螺仪和加速度计等惯性元件通过万向支架角运动隔离系统与运动载体固定连接的惯性导航系统，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。

惯性导航系统的分类①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。

惯性导航系统的分类②本地水平平台式惯性导航系统的特点是台体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，因此加速度计不受重力加速度的影响。

惯性导航系统的分类平台式惯性导航系统的优点框架能隔离运动载体的角振动，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。

惯性导航系统的分类捷联式惯性导航系统框图捷联式惯性导航系统捷联式惯性导航系统是把惯性仪表，直接固连在运动载体上，用计算机来完成导航平台功能的惯性导航系统。

捷联式惯性导航系统框图其基本原理是将惯性测量器件直接固连在载体上，这些元件测量出沿载体坐标系，三轴的运动载体的角速度和线加速度，计算机实时计算出姿态矩阵，通过姿态矩阵，把加速度计测量的载体坐标系的轴向加速度信息变换到导航坐标系系统的惯性测量器件，为角速率陀螺仪和加速度计。它们固连在载体上，测得的都是载体坐标系下的物理量。惯性导航系统的分类

惯性导航系统的分类捷联式惯性导航系统的优点靠性高、功能强。重量轻、成本低。精度高以及使用灵活等优点。已经成为当今惯性导航系统发展的主流

惯性导航系统的分类一维捷联惯性导航示意图捷联式惯性导航系统可分为一维捷联惯性导航系统和二维捷联惯性导航系统。一维捷联惯性导航系统是利用加速度计，测量汽车沿道路运动的加速度，可以直接确定汽车的瞬时速度和从已知起始点行走的距离。

惯性导航系统的分类二维捷联惯性导航示意图二维捷联惯性导航系统是利用加速度计测量汽车沿公路运动的加速度，但是需要用陀螺测量汽车实时的角速度变化率信息，可以确定智能网联汽车瞬时速度和从已知起始点行走的距离。

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