P11惯导系统的基本类型_精品文档.ppt

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半解析惯导系统半解析惯导系统-两种方案两种方案各类惯性导航系统都必须解决两个问题各类惯性导航系统都必须解决两个问题利用陀螺稳定平台建立输入信号的测量基准利用陀螺稳定平台建立输入信号的测量基准利用加速度计信息的积分得到载体的速度和位置等信息。

利用加速度计信息的积分得到载体的速度和位置等信息。

不同坐标系的选取以及实现方不同坐标系的选取以及实现方法构成了惯导系统的不同方案法构成了惯导系统的不同方案半解析式半解析式（semi-semi-analytical）analytical）惯性导航系统惯性导航系统陀螺稳定平台始终跟踪陀螺稳定平台始终跟踪当地水平面当地水平面固定方位半解析式固定方位半解析式惯导系统惯导系统自由方位半解析式自由方位半解析式惯导系统惯导系统半解析惯导系统半解析惯导系统-自由方位自由方位自由方位半解析式惯导系统自由方位半解析式惯导系统平台的水平轴平台的水平轴XP、YP则则分别分别与东方向、北方向相差与东方向、北方向相差角角游动自由方位半解析式惯导系统游动自由方位半解析式惯导系统在方位陀螺上施加控制力矩，使其完成相对在方位陀螺上施加控制力矩，使其完成相对惯性空间的旋转，其大小为惯性空间的旋转，其大小为控制角控制角的变化为的变化为半解析惯导系统半解析惯导系统-两种回路两种回路固定方位半解析式惯导系统固定方位半解析式惯导系统三个稳定回路三个稳定回路与三个修正回路与三个修正回路半解析惯导系统半解析惯导系统-加速度积分加速度积分半解析惯导系统半解析惯导系统-速度积分速度积分半解析惯导系统半解析惯导系统-平台稳定平台稳定惯导平台对惯性空间稳定的实现惯导平台对惯性空间稳定的实现陀螺安装方式陀螺安装方式平台安装方式平台安装方式稳定原理（纵轴）稳定原理（纵轴）平台绕外环轴旋转平台绕外环轴旋转Gy进动并输出信号进动并输出信号信号送至纵轴电机信号送至纵轴电机电机产生恢复力矩电机产生恢复力矩平台绕外环轴以相平台绕外环轴以相反的角速度运动反的角速度运动平台稳定回路平台稳定回路半解析惯导系统半解析惯导系统-变换器变换器当载体的方向发当载体的方向发生生90度变化度变化如果陀螺如果陀螺Gy的的输出仍送到纵轴输出仍送到纵轴力矩电机力矩电机会造成错误控制会造成错误控制需要坐标变换器需要坐标变换器半解析惯导系统半解析惯导系统-跟踪回路跟踪回路地理坐标系相对惯性空间地理坐标系相对惯性空间旋转，旋转，角速度角速度E、N、要使平台跟踪地理坐标系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须使平台也以同样的角速度相对惯性空间旋转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陀螺的进动通过稳定回路传递给平台，实回路传递给平台，实现对地理坐标系的跟现对地理坐标系的跟踪踪控制陀螺使平台跟踪控制陀螺使平台跟踪地理坐标系的回路，地理坐标系的回路，称修正回路称修正回路半解析惯导系统半解析惯导系统-修正过程修正过程修正回路：

加速度计输出修正回路：

加速度计输出消除有害加速度消除有害加速度一次积分一次积分地理坐标系相对惯性空间的地理坐标系相对惯性空间的转速转速陀螺力矩器陀螺力矩器力矩电机力矩电机解析惯导系统解析惯导系统-方案及问题方案及问题解析式解析式（analytical）惯导系惯导系统统：

平台相对惯性空间稳定：

平台相对惯性空间稳定平台只需要稳定回路平台只需要稳定回路加速度计输出不含有苛氏加速度计输出不含有苛氏加速度项和向心加速度项加速度项和向心加速度项若计算载体相对地球的速度若计算载体相对地球的速度和位置，须进行坐标变换和位置，须进行坐标变换导航过程中，平台坐标系相对导航过程中，平台坐标系相对g的方向在不断变化的方向在不断变化三个加速度计中的三个加速度计中的g分量值也在不断变化，必须通过计算分量值也在不断变化，必须通过计算机对机对g的分量实时计算，以便进行输出补偿与积分的分量实时计算，以便进行输出补偿与积分解析惯导系统解析惯导系统-重力分量公式重力分量公式重力加速度重力加速度g随着位移随着位移X、Y、Z变化的情况变化的情况载体在惯性空间从载体在惯性空间从A点点移动到移动到B点点重力加速度分量重力加速度分量：

解析惯导系统解析惯导系统-重力分量公式重力分量公式22当当hR时，将时，将代入代入gx、gy，得得gx、gy、gz都为都为x、y、z的函数的函数解析惯导系统解析惯导系统-测量及计算测量及计算含含重重力力分分量量的的加加速速度度计计输输出出信信号号载载体体位位移移加加速速度度载载体体相相对对惯惯性性坐坐标标系系的的速速度度分分量量载载体体相相对对惯惯性性坐坐标标系系的的坐坐标标解析惯导系统解析惯导系统-方块图方块图解析式惯导系统方块图：

没有修正回路；解析式惯导系统方块图：

没有修正回路；增加了消除重力加速度增加了消除重力加速度g分量的回路。

分量的回路。

捷联惯导系统捷联惯导系统-特点特点捷联式捷联式（strap-down）strap-down）惯性导航系统的特点惯性导航系统的特点没有机械式陀螺稳定平台没有机械式陀螺稳定平台陀螺和加速度计直接固连在载体陀螺和加速度计直接固连在载体上上对陀螺敏感的角速度积分，得到载体相对参考坐标系的角对陀螺敏感的角速度积分，得到载体相对参考坐标系的角位置（方向余弦矩阵或四元数）位置（方向余弦矩阵或四元数）加速度计提供载体沿着横滚、俯仰和偏航轴的加速度分量，加速度计提供载体沿着横滚、俯仰和偏航轴的加速度分量，在通过方向余弦矩阵变换到参考坐标系在通过方向余弦矩阵变换到参考坐标系对变换后的加速度积分，得到南北地速分量及经纬度参数对变换后的加速度积分，得到南北地速分量及经纬度参数捷联惯导系统捷联惯导系统-方块图方块图捷联惯导系统捷联惯导系统-方向余弦方向余弦飞行器姿态沿载体坐标系测定飞行器姿态沿载体坐标系测定通常希望确定飞行器相对各种通常希望确定飞行器相对各种不同坐标系的姿态不同坐标系的姿态从载体坐标系到所希望的坐标从载体坐标系到所希望的坐标系的变换（方向余弦法或四元系的变换（方向余弦法或四元数法）数法）方向余弦矩阵微分方程的推导方向余弦矩阵微分方程的推导设设S1是固定坐标系，单位矢是固定坐标系，单位矢量为量为i，j，k；S2代表动坐标代表动坐标系（比如和飞行器固连），单系（比如和飞行器固连），单位矢量为位矢量为i，j，k设设是沿是沿着着S2S2轴表示的轴表示的S2S2相对相对S1S1的角速度，的角速度，CC是将是将S2S2坐标转坐标转换到换到S1S1坐标的方向余弦矩阵，坐标的方向余弦矩阵，即：

即：

其中其中捷联惯导系统捷联惯导系统-方向余弦求导方向余弦求导对对CC求求导导捷联惯导系统捷联惯导系统-矩阵微分方程矩阵微分方程称为角速度矢量称为角速度矢量的斜对称矩阵的斜对称矩阵方向余弦矩阵微分方程式，含有方向余弦矩阵微分方程式，含有9个一阶微分方程个一阶微分方程