機載電子設備課件-5第五章4new

第五章慣性導航系統(tǒng)2010.11.15主要內容概論參考坐標系慣性導航基本原理加速度計平臺式慣性導航系統(tǒng)捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)慣性導航系統(tǒng)的誤差與初始對準慣性導航技術進展6.捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)(1)與平臺式慣導系統(tǒng)相比，捷聯(lián)式慣導系統(tǒng)去掉了結構復雜的實體慣導平臺，將平臺功能的實現(xiàn)移至導航計算機，構成所謂的“數學平臺”。陀螺和加速度計所構成的慣性測量組件直接固連于飛機機體上，由于直接固連，它們不具有平臺式慣導系統(tǒng)通過環(huán)架隔離運動的作用，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)式慣性導航系統(tǒng)(2)一般的陀螺儀不能滿足捷聯(lián)式慣導系統(tǒng)的技術要求，需采用高精度陀螺儀，如動力調諧式撓性陀螺、激光陀螺。

6.1基本原理(1)在捷聯(lián)式慣導系統(tǒng)中，平臺的作用體現(xiàn)在導航計算機中，它是存在計算機中的方向余弦矩陣，運用該矩陣實現(xiàn)對運動參數的坐標轉換作用，即由飛機機體坐標系轉換到平臺坐標系（如地理坐標系）。由于慣性測量組件固連在飛機上，加速度計測量的加速度是沿機體軸的分量，陀螺儀測量的角速度是繞機體軸的分量。飛機運動參數（機體坐標系）6.1基本原理(2)機體坐標系下測得的加速度需經坐標轉換得到平臺坐標系相應分量。導航計算機便可依據導航基本方程計算出相應的導航參數。這部分的計算原理與平臺式慣導系統(tǒng)相同。另外，對于平臺慣導系統(tǒng)，姿態(tài)和航向角可直接從平臺環(huán)架上提取；但在捷聯(lián)慣導系統(tǒng)中，平臺以數學平臺形式存在，姿態(tài)角和航向需要通過計算獲得。捷聯(lián)式慣導的基本原理陀螺加速度計姿態(tài)向量計算坐標系轉換陀螺施矩信號標準慣導方程(與平臺慣導相同）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體相對慣性空間的比力，陀螺的輸出是機體相對慣性空間的轉動角速度。假設機體坐標系到計算（數學）平臺坐標系的方向余弦矩陣為，加速度計所感測的比力轉換到平臺坐標系：即得到飛機在平臺坐標系中相對地球坐標系的運動加速度。6.2速率捷聯(lián)系統(tǒng)(2)速率捷聯(lián)系統(tǒng)的關鍵問題是確定機體坐標系到平臺坐標系的方向余弦矩陣（捷聯(lián)/姿態(tài)矩陣）。進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)慣性導航系統(tǒng)的原理性基本方程之一，是數學平臺的核心。6.2速率捷聯(lián)系統(tǒng)(3)由飛機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)對于導航（平臺）坐標系取地理坐標系t，則平臺坐標系與機體坐標系的轉換關系（經方位、俯仰和橫滾三次旋轉實現(xiàn)）6.2速率捷聯(lián)系統(tǒng)(5)三次基本旋轉對應的坐標變換陣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，可以直接輸出機體相對由陀螺所決定的慣性坐標系之間的角位置。機體坐標系到慣性坐標系的變換矩陣，設角為機體相對陀螺慣性坐標系的姿態(tài)角，可直接由陀螺信號器輸出。機體坐標系與慣性坐標系的轉換關系6.3位置捷聯(lián)系統(tǒng)(3)加速度計與飛機固連，加速度計所感測的比力在機體坐標系中，即，將機體坐標系中比力轉換到平臺坐標系中，即機體坐標系到平臺坐標系的方向余弦矩陣，由和陀螺慣性坐標系到平臺坐標系的變換矩陣確定：慣性坐標系與平臺坐標系的轉換關系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：將進行轉置，得到，再乘以，得到（）。6.4地球坐標系捷聯(lián)慣導(1)慣導系統(tǒng)所采用的導航坐標系是地球坐標系e，導航方程為捷聯(lián)矩陣滿足如下微分方程：

相比平臺坐標系，地球坐標系e不隨載體運動而轉動，帶來計算邊界與參數計算的高精度。6.4地球坐標系捷聯(lián)慣導(2)雖然重力項ge的計算方法稍為復雜，但地球坐標系捷聯(lián)慣導