慣性導(dǎo)航第一章

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2024/4/302024年4月30日2講述內(nèi)容導(dǎo)航與慣性導(dǎo)航概述與坐標系陀螺儀及應(yīng)用加速度計慣性平臺舒勒擺原理及其在平臺慣導(dǎo)系統(tǒng)中實現(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)的初始對準組合導(dǎo)航2024年4月30日3第一章導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)以及坐標系導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航慣性和非慣性坐標系2024年4月30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、多普勒雷達導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航和組合導(dǎo)航。2024年4月30日5無線電導(dǎo)航利用無線電波直線傳播及恒速特性機上接收系統(tǒng)精度較高，電波易受干擾多普勒雷達導(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)系當接收不到反射波時無法工作

導(dǎo)航方法簡介2024年4月30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?，價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2024年4月30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間的運動參數(shù)，并經(jīng)計算后實施導(dǎo)航任務(wù)。加速度計——加速度——速度與位置陀螺儀——角運動——姿態(tài)和航向

導(dǎo)航方法簡介2024年4月30日82024年4月30日10慣導(dǎo)系統(tǒng)基本組成慣性元件——加速度計、陀螺儀

測量飛機運動的加速度、角速度穩(wěn)定平臺為加速度計提供準確的安裝基準和測量基準導(dǎo)航計算機進行積分、相加、乘除和三角函數(shù)等數(shù)學(xué)計算，同時計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)實驗、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，作為備用電源2024年4月30日11慣導(dǎo)系統(tǒng)特點工作自主性強

提供導(dǎo)航參數(shù)多抗干擾力強，適用條件寬導(dǎo)航精度隨飛行時間增加而不斷下降平臺式慣導(dǎo)與捷聯(lián)式慣導(dǎo)是否存在實體平臺

平臺式慣導(dǎo)存在實際的陀螺穩(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”，加速度計和陀螺儀直接安裝在載體上2024年4月30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2024年4月30日13坐標系定義（一）陀螺坐標系地理坐標系慣性坐標系地球坐標系機體坐標系平臺坐標系2024年4月30日14陀螺坐標系陀螺坐標系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2024年4月30日15地理坐標系E軸：指東，即坐標原點緯線向東的方向N軸：指北，即坐標原點經(jīng)線向北的方向V軸：沿地垂線方向XTYTZTENVGL返回2024年4月30日16慣性坐標系取地球中心為原點Z軸：指向地球自轉(zhuǎn)軸方向另外兩軸在赤道平面內(nèi)，不隨地球轉(zhuǎn)動XYZequator返回2024年4月30日17地球坐標系WGS-84(XT,YT,ZT)XT

赤道平面和與本初子午線的交線ZT

地球自轉(zhuǎn)軸重合YT與XT、

ZT

組成的平面垂直固連于地球上并與地球一起轉(zhuǎn)動XTYTZTequatorGreenwichmeridianXΩ*tΩ返回2024年4月30日18機體坐標系XB：飛機縱軸YB：飛機橫軸ZB：飛機立軸姿態(tài)角：

γ-roll

-pitch

-headingXBYBZB返回2024年4月30日19平臺坐標系原點：飛行器中心ZP=ZG:地垂方向XP,YP,:水平面上

2024年4月30日20坐標系轉(zhuǎn)換關(guān)系（二）在飛機上模擬慣性坐標系或地理坐標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坐標系轉(zhuǎn)換關(guān)系地理坐標系與機體坐標系的關(guān)系（姿態(tài)角）地理坐標系與慣性坐標系的關(guān)系2024年4月30日21地理坐標系與機體坐標系的關(guān)系設(shè)起始時地理坐標系與機體坐標系重合。飛機繞其豎軸轉(zhuǎn)動ψ角，相當于飛機方位發(fā)生了變化，即航向發(fā)生了變化飛機繞其縱軸轉(zhuǎn)動γ角，相當于飛機有傾斜角。飛機繞其橫軸轉(zhuǎn)動θ角，相當于飛機有俯仰角。姿態(tài)角定義航向角：飛機縱軸在水平面內(nèi)的投影相對地理系指北線夾角俯仰角：飛機縱軸與地平面間的夾角或飛機繞其橫軸的轉(zhuǎn)角傾斜角：飛機橫軸與地平面間的夾角或飛機繞其縱軸的轉(zhuǎn)角2024年4月30日22地理坐標系與機體坐標系的轉(zhuǎn)換:XG

γ:RollXBYG

:PitchYBZG

ψ:TrueheadingZBXBPitchZBYBZBRollYBXBYaw返回2024年4月30日23地理坐標系與慣性坐標系的關(guān)系地理坐標系相對慣性坐標系的運動組成：地球自轉(zhuǎn)飛機運動2024年4月30日242024年4月30日25地球自轉(zhuǎn)的影響地球自轉(zhuǎn)的影響僅與緯度有關(guān)，兩個方向上的分量：北方向上的分量:

垂直方向上分量:φφmeansLatitudePoleAxisEarthRotationis返回2024年4月30日26飛機飛行的影響（1/2）如果不存在進動，平臺保持相對于星體或慣性空間固定在進動作用下，平臺保持水平ZPYPZPYP巡航起飛著陸ZPYPZPYP巡航著陸2024年4月30日27ψ飛機飛行的影響（2/2）飛機以地速V沿航向ψ飛行時北方向上分量:東方向上分量:飛機飛行引起的角速率:

緯度變化率