无人机结构与系统 第2版 课件. 第24次课4.4导航系统1-惯性导航系统

第4章无人机航电系统第4章飞行控制系统概述4.1传感器4.2舵机4.3导航系统4.4观看大国工匠-李峰事迹视频平台提问：视频中李峰攻克了什么难题引出新课内容4

惯性导航系统（INS—InertialNavigationSystem，以下简称惯导）是一种不依赖于外部信息，只依据运动载体本身的惯性测量（加速度）来完成导航任务的技术，也称为自主式导航系统。4.4.1惯性导航系统（观看视频）4.4导航系统惯导的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，测量运动载体的加速度后，经过一次积分可以得到运动速度，经过二次积分得到运动距离，从而给出运动载体的瞬时速度和位置参数。4.4.1惯性导航系统（1）优点：隐蔽性好

工作不受气象条件的限制

导航信息连续性好而且噪声低

数据更新率高

短期精度和稳定性好1.特点4.4.1惯性导航系统②缺点：长期精度差

初始对准时间较长

设备的价格较昂贵

不能给出时间信息。1.特点4.4.1惯性导航系统82.结构

（1）加速度计（2）惯导平台：模拟一个导航坐标系，把加速度计的测量轴稳定在导航坐标系上，并用模拟的方法给载体的姿态和方位信息。

（3）导航计算机

（4）控制显示器4.4.1惯性导航系统9从结构上来说，惯性导航系统可分为平台式和捷联式。（1）平台式惯性导航系统（GimbaledInertialNavigationSystem，简写GINS）3.分类4.4.1惯性导航系统10平台式惯导又分为半解析式、几何式和解析式。a.半解析式：又称当地水平惯导系统，系统有一个三轴稳定平台，台面始终平行当地水平面，方向指地理北（或其它方位）。指北方位惯导系统自由方位惯导系统游动方位惯导系统（1）平台式惯性导航系统4.4.1惯性导航系统11结构组成：三轴陀螺稳定平台（包含陀螺仪）、加速度计、导航计算机、控制显示器等部分组成。优点：因为直接模拟导航坐标系，所以计算比较简单；因为能隔离载体的角运动，所以系统精度高。缺点：结构复杂、体积大和制作成本高。（1）平台式惯性导航系统4.4.1惯性导航系统12b.几何式有两个平台，一个装有陀螺相对惯性空间稳定；另一个装有加速度计，跟踪地理坐标系。

陀螺平台和加速度计平台间的几何关系可确定载体的经纬度，故称几何式惯导系统。主要用于船舶和潜艇的导航定位。精度较高，可长时间工作，计算量小，但平台结构复杂。（1）平台式惯性导航系统4.4.1惯性导航系统13c.解析式陀螺和加速度计装于同一平台，平台相对惯性空间稳定。加速度计测量值包含重力分量，必须先消除重力加速度影响。求出的参数是相对惯性空间，需进一步计算转换为相对地球的参数。结构较简单，计算量较大，主要用于宇宙航行及弹道式导弹。（1）平台式惯性导航系统4.4.1惯性导航系统14Strap-downInertialNavigationSystem，简写为SINS（2）捷联式惯导系统4.4.1惯性导航系统15优点：结构简单、体积小、重量轻、成本低、可靠性高、功能强、精度高以及使用灵活，使得SINS已经成为当今惯性导航系统发展的主流。缺点：惯性元件直接装在载体上，环境恶劣，对元件要求较高；另外，坐标变换中计算量大。（2）捷联式惯导系统4.4.1惯性导航系统这是哪种惯性导航系统？4.4.1惯性导航系统这又是哪种惯性导航系统？4.4.1惯性导航系统4.捷联式与平台式两个主要的区别（1）无惯性平台：系统体积小、重量轻、成本低、维护方便。但陀螺仪和加速度计直接承受飞行器的振动、冲击和角运动，因而会产生附加的动态误差。这对陀螺仪和加速度计就有更高的要求。（2）坐标变换：这种系统需要进行坐标变换，而且必须进行实时计算，因而要求计算机具有很高的运算速度和较大的容量。4.4.1惯性导航系统5.导航用坐标系（1）地球坐标系（简称e系）：原点为地球中心，z轴指向地球极轴，x轴通过零子午线。（2）载体坐际系（简称b系）：原点为载体重心，y轴指向载体纵轴方向，z轴指向载体竖轴方向。4.4.1惯性导航系统指北系统的平台理想坐标系为地理坐标系，也是指北系统的导航坐标系；捷联式惯导系统导航参数并不在载体坐标系内求解，它必须将加速度计信号分解到某求解导航参数较为方便的坐标系内，再进导航计算，这个坐标系就是导航坐标系。4.4.1惯性导航系统5.导航用坐标系（3）平台坐标系（简称p系）：描述平台式惯导系统中平台指向的坐标系，它与平台固连。如果平台无误差，指向正确，则这样的平台坐标系称为理想平台坐标系。（4）导航坐标系（简称n系）：惯性系统在求解导航参数时所采用的坐标系。4.4.1惯性