惯导系统的初始对准课件

第三十七讲初始对准

概述惯性导航系统第三十七讲初始对准

一、对准的基本概念二、平台锁定三、模拟调平教学内容一、对准的基本概念教学内容1、定义：

系统在尚未进入导航工作状态之前，使惯导平台与理想平台坐标系相重合，建立初始基准的过程。对准的基本概念1、定义：对准的基本概念2.任务

输入初始条件

调整平台到预定的坐标系

陀螺的测漂对准的基本概念2.任务对准的基本概念3.对准的指标要求

对准精度：水平精度达10角秒左右

方位精度2~5角分

对准时间：几至十几分钟以内对准的基本概念3.对准的指标要求对准的基本概念4、方法及分类：（1）自主式对准：静基座对准的基本概念（3）空中对准：组合导航（2）传递对准：动基座4、方法及分类：（1）自主式对准：静基座对准的基本概念（3）对准的基本概念5、对准过程：粗对准：对准时间是主要指标精对准：对准精度是主要指标对准的基本概念5、对准过程：粗对准：对准时间是主要指标精对准平台锁定一种快速拉平和定向过程。惯导系统利用自身设备，将平台用机械的方法，使平台近似趋于水平和定向，不致使平台环架偏离要求角度过大。平台锁定一种快速拉平和定向过程。惯导系统利用自平台锁定方位锁定水平锁定外横滚锁定系统俯仰锁定系统内横滚锁定系统1、组成：平台锁定方位锁定水平锁定外横滚锁定系统俯仰锁定系统内横滚锁定平台锁定2、工作原理平台锁定2、工作原理平台锁定2、工作原理平台锁定2、工作原理模拟调平惯导系统利用平台上的两个水平加速度计感受平台的水平偏离，通过惯导系统稳定回路的作用，使平台接近水平面的过程。模拟调平惯导系统利用平台上的两个水平加速模拟调平1、组成：俯仰环调平稳定回路内横滚环调平稳定回路东向加速计北向陀螺东向陀螺北向加速度计模拟调平1、组成：俯仰环调平稳定回路内横滚环调平稳定回路东向模拟调平2、工作原理ACR模拟调平2、工作原理ACR1、初始对准的主要工作和任务目标各是什么？思考作业题2、简述平台锁定和模拟调平的工作原理？1、初始对准的主要工作和任务目标各是什么？思考作业题2、简述第三十八讲指北方位惯导

的初始对准（一）惯性导航系统第三十八讲指北方位惯导

的初教学内容一、对准的任务及过程二、误差方程及其简化三、水平对准原理四、方位对准原理五、对准回路的参数选择六、陀螺漂移的测定及方位计算法对准教学内容一、对准的任务及过程

1、任务：控制平台旋转，使平台轴与地理坐标系的东、北、天指向重合。对准的任务及过程水平偏差方位偏差1、任务：控制平台旋转，使平台轴与地理坐标系的东、对准的任务及过程2、过程：（1）水平对准

（2）方位对准3、前提条件：静基座4、依据：指北方位惯导系统的误差方程对准的任务及过程2、过程：（1）水平对准3、前误差方程及其简化指北方位惯导的误差方程：误差方程及其简化指北方位惯导的误差方程：简化条件：误差方程及其简化忽略位置误差及其相关项忽略有害加速度误差项忽略交叉耦合项简化条件：误差方程及其简化忽略位置误差及其相关项忽略有害加速通道通道误差方程及其简化简化的指北系统误差方程：通道通道误差方程及其简化简化的指北系统误差水平对准原理1、水平对准基本原理

x(s)1/S1/Sg1/Rxx0▽y(s)zcos++++--水平对准原理1、水平对准基本原理x(s)1/S1←平台转动←稳定回路

水平对准的实质是通过加速度计敏感重力加速度分量。即通过垂直找水平。水平对准原理←平台转动←稳定回路水平对准的实质是通过加速度水平对准原理水平对准原理x(s)1/S1/Sg1/Rxx0▽y(s)zcos++++--水平对准原理2、水平对准回路分析闭环传递函数x(s)1/S1/Sg1/Rxx0▽y(s)zco等幅振荡水平对准原理2、水平对准回路分析特征式和特征根将

、

、

、

考虑为常值，

的时域表达式等幅振荡水平对准原理2、水平对准回路分析特征式和特征根将水平对准原理水平对准原理水平对准原理x(s)1/S1/S

g1/Rxx0▽y(s)zcos++++---K1（1）稳定性闭环传递函数水平对准原理x(s)1/S1/Sg1/Rxx0二阶慢型水平对准回路水平对准原理阻尼比：特征多项式：自振频率：二阶慢型水平对准回路水平对准原理阻尼比：特征水平对准原理水平对准原理水平对准原理x(s)1/S1/Sg1/Rxx0▽y(s)zcos++++---K1K2/R（2）快速性闭环传递函数水平对准原理x(s)1/S1/Sg1/Rx二阶快型水平对准回路水平对准原理阻尼比：特征多项式：自振频率：二阶快型水平对准回路水平对准原理阻尼比：特征水平对准原理水平对准原理设和均为常值，并且仅考虑稳态误差，则：

水平对准原理（3）精度二阶水平对准回路误差：x(s)K1-1/S1/Sg1/Rxx0▽y(s)zcos+++--+K2/R+K3/S设和均为常值，并且仅考虑稳态误差，则：水平对准原理（3）精精度：水平对准原理（3）精度特征多项式：精度：水平对准原理（3）精度特征多项式：水平对准原理水平对准原理总结基本原理：水平对准系统利用了参考量g

由系统自行完成。任务：使惯导平台与地理平台坐标系重合。性

能：增加K1、K2、K3环节提高水平对

准的稳定性、快速性和精确性。总结基本原理：水平对准系统利用了参考量g任务：使惯思考作业题1、根据指北方位惯导误差方程，画出水平对准的原理图，并说明设计二阶，三阶水平对准回路所要解决的问题。2、为满足对准过程的动态特性要求，三个参数K1、K2、K3如何选择？思考作业题1、根据指北方位惯导误差方程，画出水平对准的原理图第三十九讲指北方位惯导

的初始对准（二）惯性导航系统第三十九讲指北方位惯导

的初一、对准的任务及过程二、误差方程及其简化三、水平对准原理四、方位对准原理五、对准回路的参数选择（1）六、陀螺漂移的测定及方位计算法对准教学内容一、对准的任务及过程教学内容

1、任务：通过方位对准回路，使平台方位轴自动调整到真北方向。方位对准原理ZXgXPYgYPZgZP1、任务：通过方位对准回路，使平台方位轴自动调整到方位对准原理2、罗经效应（1）产生原因方位对准原理2、罗经效应（1）产生原因方位对准原理（1）产生原因方位对准原理（1）方位对准原理（2）的作用方位对准原理（2）的作用方位对准原理（2）的作用方位对准原理（2）的作用方位对准原理（3）罗经效应交叉耦合项对惯导系统姿态的影响称为罗经效应。方位对准原理（3）罗经效应交叉耦合项方位对准原理2、罗经对准原理在方位罗经对准方案中，把从

角开始，经过罗经效应

影响的各个环节到

输出，然后再经过方位控制环节K(s)到方位陀螺，直到平台绕

轴反向转动

角为止的这段回路，称为罗经回路。方位对准原理2、罗经对准原理在方位罗经对准方案3、方位对准精度方位对准原理方位对准方程3、方位对准精度方位对准原理方位对准方程3、方位对准精度方位对准原理经拉氏变换，并写出矩阵形式：其中：3、方位对准精度方位对准原理经拉氏变换，并写出矩阵形式：其中3、方位对准精度方位对准原理设：方位稳态误差角

：设、、设

、

、

均为常值误差源3、方位对准精度方位对准原理设：方位稳态误差角：设、、设对准回路的参数选择1、水平对准回路的参数选择三阶水平对准回路对准回路的参数选择1、水平对准回路的参数选择三阶水平对准回路令三个根分别为：特征方程式：对准回路的参数选择对应特征方程式为：：阻尼振荡频率令三个根分别为：特征方程式：对准回路的参数选择对应特征方程式比较可得：对准回路的参数选择存在问题：阻尼振荡频率很难和对准回路的动态特性直接联系起来。比较可得：对准回路的参数选择存在问题：阻尼振荡频率很分析三阶系统中的二阶系统，因要求三阶系统特征式中有一对复根，即相当如下二阶系统对准回路的参数选择：衰减系数若看成标准二阶系统，则：阻尼比：无阻尼自然频率分析三阶系统中的二阶系统，因要求三阶系统特征式中有比较可得：对准回路的参数选择得：用阻尼比

及衰减系数σ表示的参数选择公式与之间的函数关系比较可得：对准回路的参数选择得：用阻尼比及衰减系数σ总结基本原理：利用罗经效应，由系统自行完成。任务：在水平对准的基础上，使方位轴指北。方位对准性

能：与东向陀螺漂移相关。总结基本原理：利用罗经效应，由系统自行完成。任务总结水平对准方位对准指北方位惯导系统的初始对准依据：误差方程依据：罗经效应方案：方位罗经回路方案：三阶对准回路精度：加计零偏精度：陀螺漂移提高惯性元器件的精度总结水平对准方位对准指北方位惯导系统的初始对准依据：误差方程思考作业题2、为满足水平对准过程的动态特性要求，说明三个参数K1、K2、K3如何选择？3、游移方位惯导系统初始对准时，是否能借鉴指北方位惯导的初始对准方法？1、简要说明-ΦzΩcos的来源，试说明方位对准的方法。思考作业题2、为满足水平对准过程的动态特性要求，说明三个参数第四十讲指北方位惯导

的初始对准（二）惯性导航系统第四十讲指北方位惯导

的初始教学内容一、对准的任务及过程二、误差方程及其简化三、水平对准原理四、方位对准原理五、对准回路的参数选择（2）六、陀螺漂移的测定及方位计算法对准教学内容一、对准的任务及过程对准回路的参数选择2、方位对准回路参数选择系统的特征方程为使系统特征式不受φ的影响而成为常系数方程对准回路的参数选择2、方位对准回路参数选择系统的特征方程为使对准回路的参数选择对应的特征方程令特征方程的根即当系统阻尼比

时，系统的动态特性最优，

：衰减系数：阻尼振荡频率对准回路的参数选择对应的特征方程令特征方程的根即当系统阻尼比对准回路的参数选择令：得：在根据方位对准的指标要求确定了衰减系数σ值之后，回路的参数k1、k2、k3、k4也就随之确定。对准回路的参数选择令：得：在根据方位对准的指标要

1、问题的提出陀螺漂移的测定及方位计算法对准必要性：陀螺漂移影响惯导系统初始对准精度

和导航精度。方案：惯性平台

初始对准之后

先水平陀螺，后方位陀螺1、问题的提出陀螺漂移的测定及方位计算法对准必要性：陀螺漂陀螺漂移的测定及方位计算法对准

2、水平陀螺漂移的测定及方位计算法对准方案一：（1）水平陀螺漂移的测定陀螺漂移的测定及方位计算法对准2、水平陀螺漂移的测定及方位陀螺漂移的测定及方位计算法对准姿态误差方程：平台完成对准时陀螺漂移的测定及方位计算法对准姿态误差方程：平台完成对准时陀螺漂移的测定及方位计算法对准令：但东向陀螺漂移无法测出陀螺漂移的测定及方位计算法对准令：但东向陀螺漂移无陀螺漂移的测定及方位计算法对准加一个信号给方位陀螺，使平台逆时针旋转90°水平陀螺漂移的测定公式：陀螺漂移的测定及方位计算法对准加一个信号给方位陀螺，使平台逆陀螺漂移的测定及方位计算法对准（2）方位计算法对准（实现方位对准）缺点：为了测定两个水平陀螺的漂移，必须让平台旋转90°，费时间。优点：物理过程、原理清晰。方案一特点：方位误差角陀螺漂移的测定及方位计算法对准（2）方位计算法对准（实现方位方案二：陀螺漂移的测定及方位计算法对准：地理系：平台系：希望系希望系在水平面

与差方位角

与差方位角（1）水平陀螺漂移的测定方案二：陀螺漂移的测定及方位计算法对准：地理系：平台系：希望陀螺漂移的测定及方位计算法对准希望系相对惯性空间的角速率为：陀螺的控制指令为：陀螺漂移的测定及方位计算法对准希望系相对惯性空间的角速率为：陀螺漂移的测定及方位计算法对准平台系相对惯性空间的角速率为：设为平台系相对希望系的偏差角，平台系相对希望系的角速率为陀螺漂移的测定及方位计算法对准平台系相对惯性空间的角速率为：陀螺漂移的测定及方位计算法对准展开陀螺漂移的测定及方位计算法对准展开陀螺漂移的测定及方位计算法对准忽略交叉耦合项陀螺漂移的测定及方位计算法对准忽略交叉耦合项陀螺漂移的测定及方位计算法对准代入具体角速率分量陀螺漂移的测定及方位计算法对准代入具体角速率分量陀螺漂移的测定及方位计算法对准水平陀螺测漂方块图陀螺漂移的测定及方位计算法对准水平陀螺测漂方块图陀螺漂移的测定及方位计算法对准式中陀螺漂移的测定及方位计算法对准式中陀螺漂移的测定及方位计算法对准当平台只有一次定向，即只有一个ß，两个方程有三个未知数，如果使平台两次定向，则可得四个方程，便可求出。陀螺漂移的测定及方位计算法对准当平台只有一次定方案二：（2）方位计算法精对准对准陀螺漂移的测定及方位计算法对准方案二：（2）方位计算法精对准对准陀螺漂移的测定及方位计算法方案二：（2）方位计算法精对准对准陀螺漂移的测定及方位计算法对准取平均值方位误差角，精确控制施矩施矩可将方位轴指北。方案二：（2）方位计算法精对准对准陀螺漂移的测定及方位计算法陀螺漂移的测定及方位计算法对准3、方位陀螺漂移测定测漂时机：方位轴处于平衡状态。多次测量优点：（1）缩短测漂时间

（2）

可在不同位置多次测漂，提高测漂精度。方案二特点：陀螺漂移的测定及方位计算法对准3、方位陀螺漂移测定测漂时机：思考作业题比较两者方案，简述不同方案指北方位惯导系统陀螺漂移的测定及方位计算法对准原理。思考作业题比较两者方案，简述不同方案指北方位惯导第四十一讲游移方位惯导

的初始对准（一）惯性导航系统第四十一讲游移方位惯导

的初教学内容一、对准的定义与任务二、初始对准时的误差方程三、粗对准原理四、精对准原理五、陀螺漂移的测定与补偿六、对准结束标志七、卡尔曼滤波在初始对准中的应用教学内容一、对准的定义与任务对准的定义与任务

1、定义：将平台调整到水平面内精确确定初始游移方位角水平偏差游移方位角对准的定义与任务1、定义：将平台调整到水平面内水平对准的定义与任务2、过程：（1）粗对准：水平粗对准

方位粗对准

（2）精对准：水平精对准

方位精对准3、前提条件：静基座4、依据：游移方位惯导系统的误差方程对准的定义与任务2、过程：（1）粗对准：水平粗

1、误差方程：初始对准时的误差方程式中：1、误差方程：初始对准时的误差方程式中：误差方块图初始对准时的误差方程需简化误差方块图初始对准时的误差方程需简化简化：忽略交叉耦合项用已知的当地纬度取代，即假设粗对准原理简化：忽略交叉耦合项用已知的当地纬度取代，即假设粗对准原理粗对准原理水平粗对准方程式中1、水平粗对准原理粗对准原理水平粗对准方程式中水平粗对准原理水平粗对准回路（1）水平粗对准原理水平粗对准回路（1）水平粗对准原理水平粗对准回路（2）水平粗对准原理水平粗对准回路（2）方位粗对准原理主要任务是粗略估算游移方位角忽略

2、方位粗对准原理方位粗对准原理主要任务是粗略估算游移方位角方位粗对准原理说明：为了减小外界干扰，可进行平滑处理。方位粗对准原理说明：为了减小外界干扰，可进行平滑处理。3、粗对准判据推导：方位粗对准原理忽略

3、粗对准判据推导：方位粗对准原理忽略方位粗对准原理作用：判断陀螺故障和输入纬度的正确性。方位粗对准原理作用：判断陀螺故障和输入纬度的正确性。总结粗对准完成的任务：平台粗对准方位角粗确定对准的对准依据：简化的误差方程总结粗对准完成的任务：对准的对准依据：简化的误差思考作业题1、简述游移方位惯导粗对准的原理。2、粗对准结束标志是什么？思考作业题1、简述游移方位惯导粗对准的原理。2、粗对准结束标第四十二讲游移方位惯导

的初始对准（二）国家精品课程惯性导航系统第四十二讲游移方位惯导

的初教学内容一、对准的定义与任务二、初始对准时的误差方程三、粗对准原理四、精对准原理五、陀螺漂移的测定与补偿六、对准结束标志七、卡尔曼滤波在初始对准中的应用教学内容一、对准的定义与任务精对准原理1、精对准任务进一步减小、，使平台趋于水平自动检测陀螺漂移并进行补偿精确估算游移方位角精对准原理1、精对准任务进一步减2、水平精对准系统施加的控制指令角速度精对准原理2、水平精对准系统施加的控制指令角速度平台两个水平回路的姿态误差方程：

其中：

精对准原理平台两个水平回路的姿态误差方程：其中：水平精对准回路的姿态误差方程：

精对准原理水平精对准回路的姿态误差方程：精对准原水平精对准回路方程

精对准原理水平精对准回路方程精对准原理水平精对准回路（1）精对准原理水平精对准回路（1）精对准原理水平精对准回路（2）精对准原理水平精对准回路（2）精对准原理

水平精对准精度取决于陀螺漂移和加速度计零偏。

提高对准精度手段：三阶对准回路。

精对准原理水平精对准精度取决于陀螺漂移和加速度计零偏。三阶对准回路（1）

精对准原理三阶对准回路（1）精对准原理三阶对准回路（2）

精对准原理三阶对准回路（2）精对准原理3、方位精对准方法忽略和精对准原理3、方位精对准方法忽略和精对准原理为提高精确性游移方位角因用代替，并略去二阶小量精对准原理

为提高精确性游移方位角因方位精对准误差忽略了陀螺漂移，所以有误差定义计算误差为：方位误差推导：相减精对准原理方位精对准误差忽略了陀螺漂移，所以有误差定义计

：等效东向陀螺漂移其中精对准原理：等效东向陀螺漂移其中精对准原理精对准原理等效东向陀螺漂移精对准原理等效东向陀螺漂移精对准原理游移方位惯导系统方位误差是由等效东向陀螺漂移引起的。要提高方位对准精度，必须将陀螺漂移、测量出来并加以补偿。精对准原理游移方位惯导系统陀螺漂移的测定和补偿前提条件：水平精对准结束两者相减陀螺漂移的测定和补偿前提条件：水平精对准结束两者相减陀螺漂移的测定和补偿经整理等效北向陀螺漂移陀螺漂移的测定和补偿经整理等效北向陀螺漂移等效北向陀螺漂移陀螺漂移的测定和补偿等效北向陀螺漂移陀螺漂移的测定和补偿说明：要准确测定水平陀螺漂移和，只有在等效北向陀螺漂移和游移方位角计算值准确的前提条件才能得到。

因：水平陀螺漂移的测定是在方位精对准之后陀螺漂移的测定和补偿说明：要准确测定水平陀螺漂移和，只有在等效北向陀游移方位惯导对准方程速度误差方程姿态误差方程游移方位惯导对准方程速度误差方程姿态误差方程游移方位惯导对准方程陀螺漂移测定方程游移方位角确定方程游移方位惯导对准方程陀螺漂移测定游移方位角确定方程对准结束标志条件（1）条件（2）对准时间：平台锁定和模拟调平约1min

粗对准约4min

精对准约8~10min

对准结束标志条件（1）条件（2）对准时间：平台锁定和模拟调平卡尔曼滤波在初始对准中的应用1、初始对准中的状态方程指北方位惯导方位误差方程其中：卡尔曼滤波在初始对准中的应用1、初始对准中的状态方程指北方位卡尔曼滤波在初始对准中的应用均值：陀螺漂移的数学模型方差：系统的状态向量控制指令状态向量u卡尔曼滤波在初始对准中的应用均值：陀螺漂移的数学模型方差：系卡尔曼滤波在初始对准中的应用系统状态方程状态方程一般形式：卡尔曼滤波在初始对准中的应用系统状态方程状态方程一般形式：卡尔曼滤波在初始对准中的应用2、初始对准中的量测方程指北方位惯导速度误差方程卡尔曼滤波在初始对准中的应用2、初始对准中的量测方程指北方位卡尔曼滤波在初始对准中的应用一阶马尔科夫过程，用自回归AR(1)数学模型表示：零位偏差一般形式：卡尔曼滤波在初始对准中的应用一阶马尔科夫过程，用自回归AR(卡尔曼滤波在初始对准中的应用令观测状态向量为：量测方程：量测方程一般形式：卡尔曼滤波在初始对准中的应用令观测状态向量为：量测方程：量测卡尔曼滤波在初始对准中的应用数学模型：最优估计准则：3、初始对准中的数学模型与估计准则卡尔曼滤波在初始对准中的应用数学模型：最优估计准则：3、初始卡尔曼滤波在初始对准中的应用4、原理与方案方案：开环对准方案、闭环对准方案卡尔曼滤波在初始对准中的应用4、原理与方案方案：开环对准方案卡尔曼滤波在初始对准中的应用5、比较（1）经典罗经对准（3）次优方位对准（4）最优对准方案（2）次优对准卡尔曼滤波在初始对准中的应用5、比较（1）经典罗经对准（3）思考作业题2、简述游移方位惯导陀螺漂移的测定方法。1、简述游移方位惯导初始精对准的原理。思考作业题2、简述游移方位惯导陀螺漂移的测定方法。1、简述游第三十七讲初始对准

概述惯性导航系统第三十七讲初始对准

一、对准的基本概念二、平台锁定三、模拟调平教学内容一、对准的基本概念教学内容1、定义：

系统在尚未进入导航工作状态之前，使惯导平台与理想平台坐标系相重合，建立初始基准的过程。对准的基本概念1、定义：对准的基本概念2.任务

输入初始条件

调整平台到预定的坐标系

陀螺的测漂对准的基本概念2.任务对准的基本概念3.对准的指标要求

对准精度：水平精度达10角秒左右

方位精度2~5角分

对准时间：几至十几分钟以内对准的基本概念3.对准的指标要求对准的基本概念4、方法及分类：（1）自主式对准：静基座对准的基本概念（3）空中对准：组合导航（2）传递对准：动基座4、方法及分类：（1）自主式对准：静基座对准的基本概念（3）对准的基本概念5、对准过程：粗对准：对准时间是主要指标精对准：对准精度是主要指标对准的基本概念5、对准过程：粗对准：对准时间是主要指标精对准平台锁定一种快速拉平和定向过程。惯导系统利用自身设备，将平台用机械的方法，使平台近似趋于水平和定向，不致使平台环架偏离要求角度过大。平台锁定一种快速拉平和定向过程。惯导系统利用自平台锁定方位锁定水平锁定外横滚锁定系统俯仰锁定系统内横滚锁定系统1、组成：平台锁定方位锁定水平锁定外横滚锁定系统俯仰锁定系统内横滚锁定平台锁定2、工作原理平台锁定2、工作原理平台锁定2、工作原理平台锁定2、工作原理模拟调平惯导系统利用平台上的两个水平加速度计感受平台的水平偏离，通过惯导系统稳定回路的作用，使平台接近水平面的过程。模拟调平惯导系统利用平台上的两个水平加速模拟调平1、组成：俯仰环调平稳定回路内横滚环调平稳定回路东向加速计北向陀螺东向陀螺北向加速度计模拟调平1、组成：俯仰环调平稳定回路内横滚环调平稳定回路东向模拟调平2、工作原理ACR模拟调平2、工作原理ACR1、初始对准的主要工作和任务目标各是什么？思考作业题2、简述平台锁定和模拟调平的工作原理？1、初始对准的主要工作和任务目标各是什么？思考作业题2、简述第三十八讲指北方位惯导

的初始对准（一）惯性导航系统第三十八讲指北方位惯导

的初教学内容一、对准的任务及过程二、误差方程及其简化三、水平对准原理四、方位对准原理五、对准回路的参数选择六、陀螺漂移的测定及方位计算法对准教学内容一、对准的任务及过程

1、任务：控制平台旋转，使平台轴与地理坐标系的东、北、天指向重合。对准的任务及过程水平偏差方位偏差1、任务：控制平台旋转，使平台轴与地理坐标系的东、对准的任务及过程2、过程：（1）水平对准

（2）方位对准3、前提条件：静基座4、依据：指北方位惯导系统的误差方程对准的任务及过程2、过程：（1）水平对准3、前误差方程及其简化指北方位惯导的误差方程：误差方程及其简化指北方位惯导的误差方程：简化条件：误差方程及其简化忽略位置误差及其相关项忽略有害加速度误差项忽略交叉耦合项简化条件：误差方程及其简化忽略位置误差及其相关项忽略有害加速通道通道误差方程及其简化简化的指北系统误差方程：通道通道误差方程及其简化简化的指北系统误差水平对准原理1、水平对准基本原理

x(s)1/S1/Sg1/Rxx0▽y(s)zcos++++--水平对准原理1、水平对准基本原理x(s)1/S1←平台转动←稳定回路

水平对准的实质是通过加速度计敏感重力加速度分量。即通过垂直找水平。水平对准原理←平台转动←稳定回路水平对准的实质是通过加速度水平对准原理水平对准原理x(s)1/S1/Sg1/Rxx0▽y(s)zcos++++--水平对准原理2、水平对准回路分析闭环传递函数x(s)1/S1/Sg1/Rxx0▽y(s)zco等幅振荡水平对准原理2、水平对准回路分析特征式和特征根将

、

、

、

考虑为常值，

的时域表达式等幅振荡水平对准原理2、水平对准回路分析特征式和特征根将水平对准原理水平对准原理水平对准原理x(s)1/S1/S

g1/Rxx0▽y(s)zcos++++---K1（1）稳定性闭环传递函数水平对准原理x(s)1/S1/Sg1/Rxx0二阶慢型水平对准回路水平对准原理阻尼比：特征多项式：自振频率：二阶慢型水平对准回路水平对准原理阻尼比：特征水平对准原理水平对准原理水平对准原理x(s)1/S1/Sg1/Rxx0▽y(s)zcos++++---K1K2/R（2）快速性闭环传递函数水平对准原理x(s)1/S1/Sg1/Rx二阶快型水平对准回路水平对准原理阻尼比：特征多项式：自振频率：二阶快型水平对准回路水平对准原理阻尼比：特征水平对准原理水平对准原理设和均为常值，并且仅考虑稳态误差，则：

水平对准原理（3）精度二阶水平对准回路误差：x(s)K1-1/S1/Sg1/Rxx0▽y(s)zcos+++--+K2/R+K3/S设和均为常值，并且仅考虑稳态误差，则：水平对准原理（3）精精度：水平对准原理（3）精度特征多项式：精度：水平对准原理（3）精度特征多项式：水平对准原理水平对准原理总结基本原理：水平对准系统利用了参考量g

由系统自行完成。任务：使惯导平台与地理平台坐标系重合。性

能：增加K1、K2、K3环节提高水平对

准的稳定性、快速性和精确性。总结基本原理：水平对准系统利用了参考量g任务：使惯思考作业题1、根据指北方位惯导误差方程，画出水平对准的原理图，并说明设计二阶，三阶水平对准回路所要解决的问题。2、为满足对准过程的动态特性要求，三个参数K1、K2、K3如何选择？思考作业题1、根据指北方位惯导误差方程，画出水平对准的原理图第三十九讲指北方位惯导

的初始对准（二）惯性导航系统第三十九讲指北方位惯导

的初一、对准的任务及过程二、误差方程及其简化三、水平对准原理四、方位对准原理五、对准回路的参数选择（1）六、陀螺漂移的测定及方位计算法对准教学内容一、对准的任务及过程教学内容

1、任务：通过方位对准回路，使平台方位轴自动调整到真北方向。方位对准原理ZXgXPYgYPZgZP1、任务：通过方位对准回路，使平台方位轴自动调整到方位对准原理2、罗经效应（1）产生原因方位对准原理2、罗经效应（1）产生原因方位对准原理（1）产生原因方位对准原理（1）方位对准原理（2）的作用方位对准原理（2）的作用方位对准原理（2）的作用方位对准原理（2）的作用方位对准原理（3）罗经效应交叉耦合项对惯导系统姿态的影响称为罗经效应。方位对准原理（3）罗经效应交叉耦合项方位对准原理2、罗经对准原理在方位罗经对准方案中，把从

角开始，经过罗经效应

影响的各个环节到

输出，然后再经过方位控制环节K(s)到方位陀螺，直到平台绕

轴反向转动

角为止的这段回路，称为罗经回路。方位对准原理2、罗经对准原理在方位罗经对准方案3、方位对准精度方位对准原理方位对准方程3、方位对准精度方位对准原理方位对准方程3、方位对准精度方位对准原理经拉氏变换，并写出矩阵形式：其中：3、方位对准精度方位对准原理经拉氏变换，并写出矩阵形式：其中3、方位对准精度方位对准原理设：方位稳态误差角

：设、、设

、

、

均为常值误差源3、方位对准精度方位对准原理设：方位稳态误差角：设、、设对准回路的参数选择1、水平对准回路的参数选择三阶水平对准回路对准回路的参数选择1、水平对准回路的参数选择三阶水平对准回路令三个根分别为：特征方程式：对准回路的参数选择对应特征方程式为：：阻尼振荡频率令三个根分别为：特征方程式：对准回路的参数选择对应特征方程式比较可得：对准回路的参数选择存在问题：阻尼振荡频率很难和对准回路的动态特性直接联系起来。比较可得：对准回路的参数选择存在问题：阻尼振荡频率很分析三阶系统中的二阶系统，因要求三阶系统特征式中有一对复根，即相当如下二阶系统对准回路的参数选择：衰减系数若看成标准二阶系统，则：阻尼比：无阻尼自然频率分析三阶系统中的二阶系统，因要求三阶系统特征式中有比较可得：对准回路的参数选择得：用阻尼比

及衰减系数σ表示的参数选择公式与之间的函数关系比较可得：对准回路的参数选择得：用阻尼比及衰减系数σ总结基本原理：利用罗经效应，由系统自行完成。任务：在水平对准的基础上，使方位轴指北。方位对准性

能：与东向陀螺漂移相关。总结基本原理：利用罗经效应，由系统自行完成。任务总结水平对准方位对准指北方位惯导系统的初始对准依据：误差方程依据：罗经效应方案：方位罗经回路方案：三阶对准回路精度：加计零偏精度：陀螺漂移提高惯性元器件的精度总结水平对准方位对准指北方位惯导系统的初始对准依据：误差方程思考作业题2、为满足水平对准过程的动态特性要求，说明三个参数K1、K2、K3如何选择？3、游移方位惯导系统初始对准时，是否能借鉴指北方位惯导的初始对准方法？1、简要说明-ΦzΩcos的来源，试说明方位对准的方法。思考作业题2、为满足水平对准过程的动态特性要求，说明三个参数第四十讲指北方位惯导

的初始对准（二）惯性导航系统第四十讲指北方位惯导

的初始教学内容一、对准的任务及过程二、误差方程及其简化三、水平对准原理四、方位对准原理五、对准回路的参数选择（2）六、陀螺漂移的测定及方位计算法对准教学内容一、对准的任务及过程对准回路的参数选择2、方位对准回路参数选择系统的特征方程为使系统特征式不受φ的影响而成为常系数方程对准回路的参数选择2、方位对准回路参数选择系统的特征方程为使对准回路的参数选择对应的特征方程令特征方程的根即当系统阻尼比

时，系统的动态特性最优，

：衰减系数：阻尼振荡频率对准回路的参数选择对应的特征方程令特征方程的根即当系统阻尼比对准回路的参数选择令：得：在根据方位对准的指标要求确定了衰减系数σ值之后，回路的参数k1、k2、k3、k4也就随之确定。对准回路的参数选择令：得：在根据方位对准的指标要

1、问题的提出陀螺漂移的测定及方位计算法对准必要性：陀螺漂移影响惯导系统初始对准精度

和导航精度。方案：惯性平台

初始对准之后

先水平陀螺，后方位陀螺1、问题的提出陀螺漂移的测定及方位计算法对准必要性：陀螺漂陀螺漂移的测定及方位计算法对准

2、水平陀螺漂移的测定及方位计算法对准方案一：（1）水平陀螺漂移的测定陀螺漂移的测定及方位计算法对准2、水平陀螺漂移的测定及方位陀螺漂移的测定及方位计算法对准姿态误差方程：平台完成对准时陀螺漂移的测定及方位计算法对准姿态误差方程：平台完成对准时陀螺漂移的测定及方位计算法对准令：但东向陀螺漂移无法测出陀螺漂移的测定及方位计算法对准令：但东向陀螺漂移无陀螺漂移的测定及方位计算法对准加一个信号给方位陀螺，使平台逆时针旋转90°水平陀螺漂移的测定公式：陀螺漂移的测定及方位计算法对准加一个信号给方位陀螺，使平台逆陀螺漂移的测定及方位计算法对准（2）方位计算法对准（实现方位对准）缺点：为了测定两个水平陀螺的漂移，必须让平台旋转90°，费时间。优点：物理过程、原理清晰。方案一特点：方位误差角陀螺漂移的测定及方位计算法对准（2）方位计算法对准（实现方位方案二：陀螺漂移的测定及方位计算法对准：地理系：平台系：希望系希望系在水平面

与差方位角

与差方位角（1）水平陀螺漂移的测定方案二：陀螺漂移的测定及方位计算法对准：地理系：平台系：希望陀螺漂移的测定及方位计算法对准希望系相对惯性空间的角速率为：陀螺的控制指令为：陀螺漂移的测定及方位计算法对准希望系相对惯性空间的角速率为：陀螺漂移的测定及方位计算法对准平台系相对惯性空间的角速率为：设为平台系相对希望系的偏差角，平台系相对希望系的角速率为陀螺漂移的测定及方位计算法对准平台系相对惯性空间的角速率为：陀螺漂移的测定及方位计算法对准展开陀螺漂移的测定及方位计算法对准展开陀螺漂移的测定及方位计算法对准忽略交叉耦合项陀螺漂移的测定及方位计算法对准忽略交叉耦合项陀螺漂移的测定及方位计算法对准代入具体角速率分量陀螺漂移的测定及方位计算法对准代入具体角速率分量陀螺漂移的测定及方位计算法对准水平陀螺测漂方块图陀螺漂移的测定及方位计算法对准水平陀螺测漂方块图陀螺漂移的测定及方位计算法对准式中陀螺漂移的测定及方位计算法对准式中陀螺漂移的测定及方位计算法对准当平台只有一次定向，即只有一个ß，两个方程有三个未知数，如果使平台两次定向，则可得四个方程，便可求出。陀螺漂移的测定及方位计算法对准当平台只有一次定方案二：（2）方位计算法精对准对准陀螺漂移的测定及方位计算法对准方案二：（2）方位计算法精对准对准陀螺漂移的测定及方位计算法方案二：（2）方位计算法精对准对准陀螺漂移的测定及方位计算法对准取平均值方位误差角，精确控制施矩施矩可将方位轴指北。方案二：（2）方位计算法精对准对准陀螺漂移的测定及方位计算法陀螺漂移的测定及方位计算法对准3、方位陀螺漂移测定测漂时机：方位轴处于平衡状态。多次测量优点：（1）缩短测漂时间

（2）

可在不同位置多次测漂，提高测漂精度。方案二特点：陀螺漂移的测定及方位计算法对准3、方位陀螺漂移测定测漂时机：思考作业题比较两者方案，简述不同方案指北方位惯导系统陀螺漂移的测定及方位计算法对准原理。思考作业题比较两者方案，简述不同方案指北方位惯导第四十一讲游移方位惯导

的初始对准（一）惯性导航系统第四十一讲游移方位惯导

的初教学内容一、对准的定义与任务二、初始对准时的误差方程三、粗对准原理四、精对准原理五、陀螺漂移的测定与补偿六、对准结束标志七、卡尔曼滤波在初始对准中的应用教学内容一、对准的定义与任务对准的定义与任务

1、定义：将平台调整到水平面内精确确定初始游移方位角水平偏差游移方位角对准的定义与任务1、定义：将平台调整到水平面内水平对准的定义与任务2、过程：（1）粗对准：水平粗对准

方位粗对准

（2）精对准：水平精对准

方位精对准3、前提条件：静基座4、依据：游移方位惯导系统的误差方程对准的定义与任务2、过程：（1）粗对准：水平粗

1、误差方程：初始对准时的误差方程式中：1、误差方程：初始对准时的误差方程式中：误差方块图初始对准时的误差方程需简化误差方块图初始对准时的误差方程需简化简化：忽略交叉耦合项用已知的当地纬度取代，即假设粗对准原理简化：忽略交叉耦合项用已知的当地纬度取代，即假设粗对准原理粗对准原理水平粗对准方程式中1、水平粗对准原理粗对准原理水平粗对准方程式中水平粗对准原理水平粗对准回路（1）水平粗对准原理水平粗对准回路（1）水平粗对准原理水平粗对准回路（2）水平粗对准原理水平粗对准回路（2）方位粗对准原理主要任务是粗略估算游移方位角忽略

2、方位粗对准原理方位粗对准原理主要任务是粗略估算游移方位角方位粗对准原理说明：为了减小外界干扰，可进行平滑处理。方位粗对准原理说明：为了减小外界干扰，可进行平滑处理。3、粗对准判据推导：方位粗对准原理忽略

3、粗对准判据推导：方位粗对准原理忽略方位粗对准原理作用：判断陀螺故障和输入纬度的正确性。方位粗对准原理作用：判断陀螺故障和输入纬度的正确性。总结粗对准完成的任务：平台粗对准方位角粗确定对准的对准依据：简化的误差方程总结粗对准完成的任务：对准的对准依据：简化的误差思考作业题1、简述游移方位惯导粗对准的原理。2、粗对准结束标志是什么？思考作业题1、简述游移方位惯导粗对准的原理。2、粗对准结束标第四十二讲游移方位惯导

的初始对准（二）国家精品课程惯性导航系统第四十二讲游移方位惯导

的初教学内容一、对准的定义与任务二、初始对准时的误差方程三、粗对准原理四、精对准原理五、陀螺漂移的测定与补偿六、对准结束标志七、卡尔曼滤波在初始对准中的应用教学内容一、对准的定义与任务精对准原理1、精对准任务进一步减小、，使平台趋于水平自动检测陀螺漂移并进行补偿精确估算游移方位角精对准原理1、精对准任务进一步减2、水平精对准系统施加的控制指令角速度精对准原理2、水平精对准系统施加的控制指令角速度平台两个水平回路的姿态误差方程：

其中：

精对准原理平台两个水平回路的姿态误差方程：其中：水平精对准回路的姿态误差方程：

精对准原理水平精对准回路的姿态误差方程：精对准原水平精对准回路方程

精对准原理水平精对准回路方程精对准原理水平精对准回路（1）精对准原理