惯性导航基本原理.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,惯性导航基本原理,2,1,引言,2,惯性导航的组成,3,加速度计测量原理,4,平台式惯性导航基本原理,5,捷联惯性导航基本原理,6,误差分析,7,惯性导航初始对准,8,功能与用途,主要内容,3,（,1,）惯性导航系统功能,测量载体相对于,惯性,坐标系的加速度、角速度，通过,积分,计算获取载体的导航信息。,（,2,）惯性导航系统发展,以,机械,陀螺为敏感器件的惯性导航系统的发展；,以,光学或微机电,陀螺为敏感器件的,惯性导航系统的发展。,1,引言,4,（,3,）系统分类,平台,式惯导系统,捷联,式惯导系统,陀螺,加速度计,计算机,导航信息,（,4,）系统组成,5,（,5,）惯导优点,依靠自身测量信息进行连续定位；,不需接收外部信息，不受外界干扰；,不向外部辐射能量，具有隐蔽性；,可同时确定载体位置,/,速度,/,姿态信息。,6,2,惯性导航的组成,1,惯性导航组件,加速度计,陀螺仪,主要完成导航参数的测量和计算,（,1,）平台式,一个三轴空间平台，,2,、,3,个高精度陀螺仪以及三个高精度的加速度计，一部数字计算机，其他电子线路板,（,2,）捷联式,三个高精度陀螺仪以及三个高精度的加速度计一部数字计算机，其他电子线路板没有实际的陀螺稳定平台，将加速度计和陀螺仪直接与飞机机体链接，用导航计算机计算数学平台。,7,2,、控制显示组件：包括导航参数的显示，初始值的引入，系统实验故障显示和告警等。,3,、方式选择组件：主要用来控制系统的工作状态。,4,、备用电池组件,:,特殊情况下供电。,8,（,1,）加速度计功能,测量载体相对于,惯性,坐标系的,视加速度,在体坐标系中的值。,（,2,）加速度计分类,摆式、摆式积分陀螺加速度计,3,加速度计测量原理,9,0,刻划,0,刻划,S,S,f,a,g,（不受外力）,（,3,）加速度计测量原理,10,S,0,地球,加速度计不能敏感引力加速度,S,0,11,加速度计,12,平台式惯导系统示意图,Y,平,Z,平,X,平,a,y,a,x,a,z,4,平台式惯性导航工作原理,13,测量载体在,惯性坐标系中,的加速度，然后一次积分得到速度，二次积分得到位置。,其中 ：视加速度，测量值；：引力加速度。,14,平台式惯导系统组成,陀螺、加速度计,固联,在载体上。,测量载体相对于惯性系的旋转角速度、加速度矢量（在,载体坐标系,中的值）。然后依据初始时刻载体的位置、速度及姿态，计算出载体坐标系相对于,惯性系,的姿态角、加速度，对加速度一次（二次）积分得到速度（位置）。,15,5,捷联惯性导航工作原理,16,其中,：,b,系至,i,系的旋转变换矩阵；,：捷联陀螺,测得,的,b,系相对于,i,系旋转角速度矢,量在,b,系中的值，为其轴向分量。,17,i,系：,“,数学平台,”,坐标系，,b,系中的视加速度,测量值转换至该系，位置、速度参数在该,系中计算。,由角速度测量值及初始时刻转换矩阵、姿态角，可以计算任意时刻转换矩阵、姿态角。,18,捷联式惯性导航系统的特点：,陀螺仪动态范围大；,导航计算量大；,结构简单、体积小、重量轻、成本低等。,19,假设载体沿,y,轴方向做匀加速直线运动。,y,x,x,y,f,o,6,误差分析,20,假设视加速度、角速度有常值误差 ，则,结论：,惯导误差随时间迅速增加。,21,三类误差：,静态、动态,、随机误差。,误差原因：,惯性元件不尽完善，安装误差，温度,变化等。,应对措施：,建立惯导误差模型，测试标定模型参,数，然后对惯导系统进行补偿。,结论：,惯导误差随时间迅速增加。,22,7,惯性导航初始对准,1.,为何要对准,惯导家族成员均是由加速度计测得的加速度经两次积分而求得。要进行积分必须要知道初始条件,:,初始速度，初始位置，初始姿态。而捷联惯导系统中初始对准的另一个关键问题是要在较短的时间内以一定的精度确定出从载体坐标系到地理坐标系的初始变换矩阵。,23,2.,对准要求,精确、快速。传感器精度高，同时对陀螺、加速度计进行补偿,3.,对准方法和过程,过程：分两步即粗对准和精对准,自主对准，不依赖外信息，受控式（依赖外信息）,方法：光的方法，天文的方法,粗对准：利用重力和地球自转角速率，直接估算初始姿态矩阵。,精对准：精确校正计算参考坐标系,n,与真实参考坐标系,n,之间的小失准角,f,。,24,8,功能与用途,1,、功能,已知点的位置根据连续测得的运动体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置,2,、用途,惯性导航系统用于各种运动机具中，包括飞机、潜艇、航天飞机等运输工具及导弹，然而成本及复杂性限制了其可以应用的场合。,惯性系统最先应用于火箭制导，二战期间经德国人,冯布劳恩,改进应后，应用于,V-2,火箭 制导。战后美国麻省理工学院等研究机构及人员对惯性制导进行深入研究，从而发展成应用飞机、火箭、航天飞机、潜艇的现代惯性导航系统。,