機(jī)載電子設(shè)備課件-5第五章4new

第五章慣性導(dǎo)航系統(tǒng)2010.11.15主要內(nèi)容概論參考坐標(biāo)系慣性導(dǎo)航基本原理加速度計平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差與初始對準(zhǔn)慣性導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)展6.捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(1)與平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)相比，捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)去掉了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的實體慣導(dǎo)平臺，將平臺功能的實現(xiàn)移至導(dǎo)航計算機(jī)，構(gòu)成所謂的“數(shù)學(xué)平臺”。陀螺和加速度計所構(gòu)成的慣性測量組件直接固連于飛機(jī)機(jī)體上，由于直接固連，它們不具有平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)通過環(huán)架隔離運(yùn)動的作用，所以，要求陀螺和加速度計的動態(tài)范圍大，能在惡劣動態(tài)環(huán)境中保持正常工作。6.捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(2)一般的陀螺儀不能滿足捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的技術(shù)要求，需采用高精度陀螺儀，如動力調(diào)諧式撓性陀螺、激光陀螺。

6.1基本原理(1)在捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)中，平臺的作用體現(xiàn)在導(dǎo)航計算機(jī)中，它是存在計算機(jī)中的方向余弦矩陣，運(yùn)用該矩陣實現(xiàn)對運(yùn)動參數(shù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換作用，即由飛機(jī)機(jī)體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到平臺坐標(biāo)系（如地理坐標(biāo)系）。由于慣性測量組件固連在飛機(jī)上，加速度計測量的加速度是沿機(jī)體軸的分量，陀螺儀測量的角速度是繞機(jī)體軸的分量。飛機(jī)運(yùn)動參數(shù)（機(jī)體坐標(biāo)系）6.1基本原理(2)機(jī)體坐標(biāo)系下測得的加速度需經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到平臺坐標(biāo)系相應(yīng)分量。導(dǎo)航計算機(jī)便可依據(jù)導(dǎo)航基本方程計算出相應(yīng)的導(dǎo)航參數(shù)。這部分的計算原理與平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)相同。另外，對于平臺慣導(dǎo)系統(tǒng)，姿態(tài)和航向角可直接從平臺環(huán)架上提??；但在捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中，平臺以數(shù)學(xué)平臺形式存在，姿態(tài)角和航向需要通過計算獲得。捷聯(lián)式慣導(dǎo)的基本原理陀螺加速度計姿態(tài)向量計算坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換陀螺施矩信號標(biāo)準(zhǔn)慣導(dǎo)方程(與平臺慣導(dǎo)相同）位置速度6.2速率捷聯(lián)系統(tǒng)(1)基本特征：加速度計感測的是機(jī)體相對慣性空間的比力，陀螺的輸出是機(jī)體相對慣性空間的轉(zhuǎn)動角速度。假設(shè)機(jī)體坐標(biāo)系到計算（數(shù)學(xué)）平臺坐標(biāo)系的方向余弦矩陣為，加速度計所感測的比力轉(zhuǎn)換到平臺坐標(biāo)系：即得到飛機(jī)在平臺坐標(biāo)系中相對地球坐標(biāo)系的運(yùn)動加速度。6.2速率捷聯(lián)系統(tǒng)(2)速率捷聯(lián)系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是確定機(jī)體坐標(biāo)系到平臺坐標(biāo)系的方向余弦矩陣（捷聯(lián)/姿態(tài)矩陣）。進(jìn)一步地要求實時提供，而獲得隨時間變化的，需要求解如下捷聯(lián)矩陣微分方程：其中，為關(guān)于姿態(tài)角速度的反對稱矩陣。6.2速率捷聯(lián)系統(tǒng)(2)且捷聯(lián)矩陣微分方程是捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的原理性基本方程之一，是數(shù)學(xué)平臺的核心。6.2速率捷聯(lián)系統(tǒng)(3)由飛機(jī)相對慣性空間的角速度（由陀螺儀測得），得而6.2速率捷聯(lián)系統(tǒng)(4)對于導(dǎo)航（平臺）坐標(biāo)系取地理坐標(biāo)系t，則平臺坐標(biāo)系與機(jī)體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系（經(jīng)方位、俯仰和橫滾三次旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)）6.2速率捷聯(lián)系統(tǒng)(5)三次基本旋轉(zhuǎn)對應(yīng)的坐標(biāo)變換陣6.2速率捷聯(lián)系統(tǒng)(6)記則6.3位置捷聯(lián)系統(tǒng)(1)位置捷聯(lián)系統(tǒng)所實現(xiàn)的力學(xué)原理與速率捷聯(lián)系統(tǒng)完全相同，由于使用了位置陀螺，可以直接輸出機(jī)體相對由陀螺所決定的慣性坐標(biāo)系之間的角位置。機(jī)體坐標(biāo)系到慣性坐標(biāo)系的變換矩陣，設(shè)角為機(jī)體相對陀螺慣性坐標(biāo)系的姿態(tài)角，可直接由陀螺信號器輸出。機(jī)體坐標(biāo)系與慣性坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系6.3位置捷聯(lián)系統(tǒng)(3)加速度計與飛機(jī)固連，加速度計所感測的比力在機(jī)體坐標(biāo)系中，即，將機(jī)體坐標(biāo)系中比力轉(zhuǎn)換到平臺坐標(biāo)系中，即機(jī)體坐標(biāo)系到平臺坐標(biāo)系的方向余弦矩陣，由和陀螺慣性坐標(biāo)系到平臺坐標(biāo)系的變換矩陣確定：慣性坐標(biāo)系與平臺坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系6.3位置捷聯(lián)系統(tǒng)(5)

隨時間變化，需要求解如下捷聯(lián)矩陣微分方程：將進(jìn)行轉(zhuǎn)置，得到，再乘以，得到（）。6.4地球坐標(biāo)系捷聯(lián)慣導(dǎo)(1)慣導(dǎo)系統(tǒng)所采用的導(dǎo)航坐標(biāo)系是地球坐標(biāo)系e，導(dǎo)航方程為捷聯(lián)矩陣滿足如下微分方程：

相比平臺坐標(biāo)系，地球坐標(biāo)系e不隨載體運(yùn)動而轉(zhuǎn)動，帶來計算邊界與參數(shù)計算的高精度。6.4地球坐標(biāo)系捷聯(lián)慣導(dǎo)(2)雖然重力項ge的計算方法稍為復(fù)雜，但地球坐標(biāo)系捷聯(lián)慣導(dǎo)