机载电子设备-第五章_惯性导航系统2.ppt

第五章惯性导航系统,2010.11.08,2,主要内容,概论参考坐标系惯性导航基本原理加速度计平台式惯性导航系统捷联式惯性导航系统惯性导航系统的误差与初始对准惯性导航技术进展,3,4.加速度计,惯性导航系统的重要敏感元件，用于测量飞机某一轴向上的线加速度，输出与加速度成比例的电信号。理论依据：牛顿第二定律(物体受外力作用时，会沿外力方向产生加速度，其大小与外力成正比，与物体的质量成反比)。加速度计实际上测量的是单位质量所对应的外力（即比力），为此加速度计又称为比力计（比力传感器）。,4,4.1加速度测量原理(1),加速度计的原理模型：质量为m的力敏感元件，借助弹簧被约束在仪表壳体内，并通过阻尼器c（使加速度计有稳定的输出）与仪表壳体相连。,5,4.1加速度测量原理(2),飞机沿敏感轴（输入轴）方向以加速度a（相对惯性空间）运动，敏感质量将沿与加速度相反的方向相对壳体位移，从而压缩（或拉伸）弹簧。稳定时，有如下关系：其中，为敏感质量m相对壳体的位移量，k为弹簧的弹性系数。,6,4.2加速度计类型(1),以敏感质量的运动方式划分线加速度计：敏感质量沿加速度方向做平移运动。摆式加速度计：敏感质量沿加速度方向做单摆运动。,7,摆式加速度计的基本组成,8,4.2加速度计类型(2),摆式加速度计当飞机沿负x轴以加速度a运动时，敏感质量摆受到a引起的惯性力的作用，摆锤绕转轴y产生转矩和转角。由于转轴转动使弹簧变形而产生与方向相反的弹性力矩。又由于摆锤偏离z轴方向，重力形成与弹性力矩方向相同的力矩分量。,9,摆式加速度计受力分析,10,4.2加速度计类型(3),稳态时，力矩平衡方程为当很小，从而得到其中，m为摆锤质量，l为摆长，k为弹性系数。,11,4.2加速度计类型(4),以活动系统的支承方式划分轴承支承摆式加速度计；挠性支承加速度计；悬浮加速度计。,12,液浮摆式加速度计的基本原理,13,4.2加速度计类型(5),液浮摆式加速度计采用液体悬浮技术，使摆组件在液体中处于全浮状态（浮力等于重力）。摆组件支承中摩擦力矩几乎为零，从而提高了测量精度；外界的干扰（振动或冲击）主要通过浮液均匀地传给浮子，从而提高了抗干扰能力。,14,4.1加速度测量原理(3),在惯导应用中，加速度计在测量飞机运动加速度的同时，还受到地球、月球、太阳和其它天体引力场的影响。加速度计无法区分运动加速度和天体引力场形成的引力加速度。,15,4.1加速度测量原理(4),加速度计所感测的比力是单位质量相对惯性空间的加速度与引力加速度之差，则比力f定义为：其中，G为引力加速度。其中，分别为地球、月球和太阳的引力加速度，为其它天体引力加速度的矢量和。,16,4.1加速度测量原理(6),飞机运动的绝对加速度（飞机相对惯性空间的加速度）是相对加速度（飞机相对地球的加速度），牵连加速度（地球相对惯性空间的加速度）与哥氏加速度（如果牵连运动为转动，由相对运动和牵连运动的相互作用而产生的附加加速度）的矢量和，即,17,4.1加速度测量原理(7),当飞机在转动着的地球上相对地球运动时，加速度计只能感测由于这些运动所引起的包括引力在内的各种作用力的合力。如果获取飞机相对地球坐标系的相对加速度，则需要从加速度计测得的比力信息中消除（补偿）牵连加速度、哥氏加速度以及引力加速度。,18,4.1加速度测量原理(8),在惯导系统中，加速度计被安装在飞机内的某个测量坐标系中。设这个测量坐标系为p，坐标系p相对地球坐标系的转动角速度为，坐标系p相对地球的运动速度为（即相对速度），地球坐标系相对惯性坐标系的转动角速度为（即牵连角速度），则加速度计所测得的比力，其表达式为：,19,4.1加速度测量原理(9),其中，为坐标系p(即飞机)相对地球的运动加速度，即飞机的相对加速度；为飞机的相对速度与牵连角速度引起的哥氏加速度；为飞机保持在地球表面运动（圆周运动）引起的向心加速度；g为重力加速度，由地球引力加速度与地球自转引起的向心加速度形成。,20,4.1加速度测量原理(10),由此，飞机的相对加速度令则称为有害加速度。,21,4.1加速度测量原理(11),上式即为惯导系统的基本导航方程。从加速度计输出的比力f中消除，可获得飞机相对地球坐标系的加速度，积分一次得到，再积分一次得到位移。,22,4.1加速度测量原理(12),平台式惯导用陀螺平台跟踪当地水平坐标系，使加速度计感测的比力没有重力加速度的水平分量，而高度通道将感受到全部重力加速