机载电子设备-第五章惯性导航系统.ppt

1、第五章惯性导航系统，2010。11.01，2，主要内容，参考系惯性导航基本原理介绍，加速度计平台惯性导航系统，捷联惯性导航系统误差和初始对准惯性导航技术进展，3，1。概述(1)，导航：引导飞机到达目的地的过程。导航系统分为两类：自主导航系统：它们可以在不与地面导航设备(如惯性导航系统)合作的情况下独立工作；非自主导航系统：必须配合地面导航设备，如无线电导航系统。惯性导航：一种自主导航，它测量飞机的加速度(惯性)，并自动将其整合以获得飞机的瞬时速度和位置数据。引言(2)惯性导航的含义惯性导航可以在一个完全与外界条件和电磁环境隔绝的假想的“封闭”空间中实现精确导航。这具有巨大的军事价值，因为惯性导

2、航可以不受天气和电子干扰的影响。导弹和军用飞机的制导或导航。概述(3)，惯性导航系统可提供多达35个导航参数，主要包括：瞬时经纬度、飞机的地速和航迹角、飞机的姿态角、航向角和角速度、沿给定坐标轴的三个线性加速度、垂直(升力)速度、惯性高度等。概述(4)惯性导航系统可以提供完整的导航参数和姿态参数(唯一可以直接测量飞机姿态参数的导航系统)。它不依赖于地面设施(不依赖于任何外部信息，也不向外部辐射能量)，不受地形和气候条件的限制，也不受无线电干扰的影响。系统经过校准后，定位精度高，可以全天候在世界范围内工作。概述(5)惯性导航系统必须给出运动的初始条件，使用前的自校准时间较长，随着使用时间的增加会

3、出现累积误差，需要经过一定时间后进行修正。概述(5)惯性导航的理论基础：牛顿第二定律(讨论加速度、质量和物体作用力之间的关系)，当物体受到外力作用时，它会沿外力方向产生加速度，加速度与外力成正比，与物体质量成反比；在这种情况下，如果物体的初始位置、初始速度和加速度是已知的，则可以计算出物体在任何时间的速度和位置。9，1。概述(6)，对于飞行器来说，加速度是一个空间矢量，因此有必要在飞行器上建立一个三维正交坐标系，然后给出沿飞行器三个坐标轴的初始条件，并测量运动加速度，从而进一步推导出飞行器在任意时刻的速度矢量和空间位置。计算速度的方法是将时间与加速度积分，并加上初始速度值；计算位置的方法是把时

4、间和速度结合起来，加上初始位置值。10，1。概述(7)，其中A、V和S是飞机的加速度、速度和飞行距离；是初始速度和初始位置。11，2。参考坐标系，机身坐标系，地心惯性坐标系，地球坐标系，局部地理坐标系，陀螺稳定平台坐标系，12。垂直轴：飞行方向和飞机推力及阻力作用方向，水平轴：飞机滑动测量或侧向力作用方向，垂直轴：飞机升力和重力作用方向机身坐标系，13。飞机运动自由度的六个参数(线性位移和角运动)，14，2.1机身坐标系：原点取自飞机。轴位于飞机对称平面内，与机身纵轴一致，指向前方；该轴也位于对称平面内并垂直于该轴，指向上方；轴和和轴形成右手坐标系。15，ECI坐标系，地球质心，春分点，16，

5、2.2偏心惯性坐标系(1)，ECI坐标系：原点位于地球质心，平面与地球赤道面重合，轴指向相对于地球始终固定的方向ECI坐标系不随地球旋转，可近似视为固定在惯性空间，惯性空间是惯性测量元件(陀螺仪、加速度计)的参考标准。17，2.2地心惯性(ECI)坐标系(2)，天球：一个假想的球，其半径被认为是无限的，地球位于天球的中心。将地球的旋转轴延伸到天球上的位置就是天球的北极和南极。将地球赤道延伸到天球上的位置就是天球赤道。春分点：黄道(太阳在天球上的年度轨迹)从赤道的西面到东面，从南面到北面。18，天球，19，2.2地球坐标系(1)，地心地球连接(ECEF)坐标系，直角大地(大地)坐标系，球面坐标系

6、，20，ECEF坐标系和ECI坐标系，21，2.2地球坐标系(2)，ECEF坐标系：原点取在地球的质心，轴与地球的旋转轴重合，且轴指向原点。ECEF坐标系与地球固定连接，并随地球旋转。22，2.2地球坐标系(3)，大地坐标系：基于标准(椭球)地球模型，ECEF坐标被转换为经度、纬度和高度(高程)的大地测量参数。23，2.4本地地理坐标系：原点位于飞机的重心处，轴沿本地纬度切线指向东(东)，轴沿本地经度切线指向北(北)，轴位于本地水平面内，该平面垂直于地面，指向天空(上)，即地面的垂直方向。(本地)地理坐标系随飞机移动，但无论飞机如何移动，地理坐标系的坐标轴方向都保持不变。24、本地地理坐标系(

7、水平坐标系)、25、2.5陀螺稳定平台坐标系：原点取在平台上，平面在平台内，轴线垂直于平台，指向上方。坐标系与台体固定连接。惯性导航的基本原理(1)惯性导航的基本问题是确定飞机相对于地球的瞬时位置。惯性导航系统的基本原理是基于载体加速度的测量。载体的速度通过对加速度积分一次获得，载体相对于地球的位置(即纬度/经度/高度)通过再次积分获得。惯性导航系统的平台坐标系模拟选定的导航坐标系，然后根据导航坐标系与地球坐标系的关系建立导航参数的计算方程，计算机根据该方程计算导航参数。27，3。惯性导航的基本原理(2)。如果选择本地地理坐标系作为导航坐标系，则使用惯性导航系统的平台坐标系来模拟本地地理坐标系。假设飞机沿着地球表面飞行，地球是一个理想的球体，并且不考虑地球的旋转运动(包括旋转和公转)。平台中的两个轴始终平行于本地水平面，轴指向东方，轴指向北方。28、平台坐标系和地球坐标系、29、3。惯性导航的基本原理(3)，沿和轴安装两个加速度计，测得的加速度是飞机加速度的(地理)东部和北部分量的总和，因此可以计算飞机两个地面速度分量的总和，其中总和是飞机沿东部和北部方向的初始速度分量。惯性导航的基本原理(4)。如果飞机地面速度的东、北分量之和是已知的，那么由飞行引起的绕北、东的局部地理坐标系相对于地球坐标系的旋转角速度就可以确定，即经度