慣性導(dǎo)航第一章

1、慣性導(dǎo)航系統(tǒng) 張曉瑜 中國民航大學(xué)航空自動化學(xué)院電子系 2021-6-25 2021年6月25日2 講述內(nèi)容 導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航概述與坐標(biāo)系 陀螺儀及應(yīng)用 加速度計(jì) 慣性平臺 舒勒擺原理及其在平臺慣導(dǎo)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn) 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差 捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng) 慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對準(zhǔn) 組合導(dǎo)航 2021年6月25日3 第一章 導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)以及坐標(biāo)系 1. 導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航 2. 慣性和非慣性坐標(biāo)系 2021年6月25日4 第一節(jié) 導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航 導(dǎo)航及其種類 導(dǎo)航：是指將載體從一個位置引導(dǎo)到另一個位置的過程。 導(dǎo)航基本要素：位置、速度、航向 種類：導(dǎo)航儀表、無線電導(dǎo)航、天文導(dǎo)航、多普勒雷達(dá)導(dǎo)航、 衛(wèi)星導(dǎo)航、

2、慣性導(dǎo)航和組合導(dǎo)航。 2021年6月25日5 無線電導(dǎo)航 利用無線電波直線傳播及恒速特性 機(jī)上接收系統(tǒng) 精度較高，電波易受干擾 多普勒雷達(dá)導(dǎo)航 利用多普勒效應(yīng)測量速度 無需地面臺，定位精度與反射面形狀有密切關(guān)系 當(dāng)接收不到反射波時(shí)無法工作 導(dǎo)航方法簡介 2021年6月25日6 衛(wèi)星導(dǎo)航 無線電波傳輸，依賴衛(wèi)星 導(dǎo)航衛(wèi)星、地面站和用戶設(shè)備三大部分 導(dǎo)航精度高，適于全球?qū)Ш剑瑑r(jià)格低廉 需要龐大地面站支持，電波易受干擾，衛(wèi)星受人控制 天文導(dǎo)航 借助星體跟蹤器自動跟蹤兩個星體 云霧天氣飛行或中低空無法看到其它星體 導(dǎo)航方法簡介 2021年6月25日7 慣性導(dǎo)航 基本原理慣性測量元件測量載體相對于慣性空

3、間的運(yùn) 動參數(shù)，并經(jīng)計(jì)算后實(shí)施導(dǎo)航任務(wù)。 加速度計(jì)加速度速度與位置 陀螺儀角運(yùn)動姿態(tài)和航向 導(dǎo)航方法簡介 2021年6月25日8 2021年6月25日9 用經(jīng)、緯度表示的簡化慣導(dǎo)系統(tǒng)方框圖 2021年6月25日10 慣導(dǎo)系統(tǒng)基本組成 慣性元件加速度計(jì)、陀螺儀 測量飛機(jī)運(yùn)動的加速度、角速度 穩(wěn)定平臺 為加速度計(jì)提供準(zhǔn)確的安裝基準(zhǔn)和測量基準(zhǔn) 導(dǎo)航計(jì)算機(jī) 進(jìn)行積分、相加、乘除和三角函數(shù)等數(shù)學(xué)計(jì)算，同時(shí)計(jì)算修正指令 控制顯示組件 導(dǎo)航參數(shù)顯示、初始數(shù)據(jù)的引入、系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、故障顯示和告警 方式選擇組件 控制系統(tǒng)的工作狀態(tài) 備用電池組件 交流電源失效時(shí)，作為備用電源 2021年6月25日11 慣導(dǎo)系統(tǒng)特點(diǎn)

4、工作自主性強(qiáng) 提供導(dǎo)航參數(shù)多 抗干擾力強(qiáng)，適用條件寬 導(dǎo)航精度隨飛行時(shí)間增加而不斷下降 平臺式慣導(dǎo)與捷聯(lián)式慣導(dǎo) 是否存在實(shí)體平臺 平臺式慣導(dǎo)存在實(shí)際的陀螺穩(wěn)定平臺，承載慣性元件 捷聯(lián)式慣導(dǎo)采用“數(shù)學(xué)平臺”，加速度計(jì)和陀螺儀直接安裝 在載體上 2021年6月25日12 組合導(dǎo)航 提高導(dǎo)航系統(tǒng)的余度和容錯能力 GPS+INS；無線電導(dǎo)航+慣性導(dǎo)航；三者組合 導(dǎo)航方法簡介 2021年6月25日13 坐標(biāo)系定義（一） q陀螺坐標(biāo)系 q地理坐標(biāo)系 q慣性坐標(biāo)系 q地球坐標(biāo)系 q機(jī)體坐標(biāo)系 q平臺坐標(biāo)系 2021年6月25日14 陀螺坐標(biāo)系 陀螺坐標(biāo)系 ox軸：與陀螺內(nèi)環(huán)軸一致，固連于內(nèi)環(huán)上 oz軸：與陀

5、螺轉(zhuǎn)子軸一致，固連于內(nèi)環(huán)上，但不隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動 oy軸：與oxy平面平行，大方向與外環(huán)一致，但一般不與外環(huán) 軸一致 2021年6月25日15 地理坐標(biāo)系 E軸：指東，即坐標(biāo)軸：指東，即坐標(biāo) 原點(diǎn)緯線向東的方向原點(diǎn)緯線向東的方向 N軸：指北，即坐標(biāo)軸：指北，即坐標(biāo) 原點(diǎn)經(jīng)線向北的方向原點(diǎn)經(jīng)線向北的方向 V 軸：沿地垂線方向軸：沿地垂線方向 XTYT ZT E N V G L 返回 2021年6月25日16 慣性坐標(biāo)系 取地球中心為原點(diǎn)取地球中心為原點(diǎn) Z軸：指向地球自轉(zhuǎn)軸：指向地球自轉(zhuǎn) 軸方向軸方向 另外兩軸在赤道平面另外兩軸在赤道平面 內(nèi)，不隨地球轉(zhuǎn)動內(nèi)，不隨地球轉(zhuǎn)動 XY Z equator 返

6、回 2021年6月25日17 地球坐標(biāo)系 WGS-84 (XT,YT,ZT) XT 赤道平面和與本赤道平面和與本 初子午線的交線初子午線的交線 ZT 地球自轉(zhuǎn)軸重合地球自轉(zhuǎn)軸重合 YT與 與XT、 ZT 組成的 組成的 平面垂直平面垂直 固連于地球上并與地固連于地球上并與地 球一起轉(zhuǎn)動球一起轉(zhuǎn)動 XT YT ZT equator Greenwich meridian X *t 返回 2021年6月25日18 機(jī)體坐標(biāo)系 - roll - pitch - heading ZB 返回 2021年6月25日19 平臺坐標(biāo)系 2021年6月25日20 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系（二） q 在飛機(jī)上模擬慣性坐標(biāo)系或

7、地理坐標(biāo)系 利用三自由度自由陀螺或定位陀螺來模擬慣性系或地理系 q 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系 地理坐標(biāo)系與機(jī)體坐標(biāo)系的關(guān)系（姿態(tài)角） 地理坐標(biāo)系與慣性坐標(biāo)系的關(guān)系 2021年6月25日21 地理坐標(biāo)系與機(jī)體坐標(biāo)系的關(guān)系 q 設(shè)起始時(shí)地理坐標(biāo)系與機(jī)體坐標(biāo)系重合。 飛機(jī)繞其豎軸轉(zhuǎn)動角，相當(dāng)于飛機(jī)方位發(fā)生了變化，即航向 發(fā)生了變化 飛機(jī)繞其縱軸轉(zhuǎn)動角，相當(dāng)于飛機(jī)有傾斜角。 飛機(jī)繞其橫軸轉(zhuǎn)動角，相當(dāng)于飛機(jī)有俯仰角。 q 姿態(tài)角定義 航向角：飛機(jī)縱軸在水平面內(nèi)的投影相對地理系指北線夾角 俯仰角：飛機(jī)縱軸與地平面間的夾角或飛機(jī)繞其橫軸的轉(zhuǎn)角 傾斜角：飛機(jī)橫軸與地平面間的夾角或飛機(jī)繞其縱軸的轉(zhuǎn)角 2021年6月25日22 ZB ZB YB 返回 2021年6月25日23 地理坐標(biāo)系與慣性坐標(biāo)系的關(guān)系 地理坐標(biāo)系相對慣性坐標(biāo)系的運(yùn)動組成： 地球自轉(zhuǎn) 飛機(jī)運(yùn)動 2021年6月25日24 2021年6月25日25 cos eN sin ez e z N e 返回 2021年6月25日26 2021年6月25日27 hR V hR V N cos hR V N sin cos cosVVN sinVVE V E N VE VN cos sin coshR V hR V E hR V hR V N E cos tg hR