惯导系统的基本问题(哈工大导航原理、惯性技术课件).ppt

1、Lecture 5 - Basic problems of INS,1,Basic Problems of Inertial Navigation System,惯导系统的基本问题,Lecture 5 - Basic problems of INS,2,outline,惯性导航基本概念 加速度计的测量 比力 惯导系统的误差 地球表面导航情况下的加速度分解,Lecture 5 - Basic problems of INS,3,1.0*基本概念,简化例子: 安装了惯导平台的载体在地球的表面运动,对加速度分量进行积分(integration)得到速度分量,Lecture 5 - Basic pro

2、blems of INS,4,1.2 计算位置,对速度分量进一步积分得到位置参数 - 纬度 (latitude) 和经度 (longitude) ,Lecture 5 - Basic problems of INS,5,1.2 系统组成,一个基本的惯性导航系统包括:,加速度计 稳定平台 - 模拟导航坐标系 积分器 初始对准,Lecture 5 - Basic problems of INS,6,outline,惯性导航基本概念 加速度计的测量 比力 惯导系统的误差 地球表面导航情况下的加速度分解,Lecture 5 - Basic problems of INS,7,2.1*比力,一个最基本的

3、加速度 - 升降机内的弹簧和敏感质量 m .,作用在敏感质量上的外力并不都是通过弹簧传递给它的, 例外就是万有引力.,为了根据弹簧的形变得到敏感质量真实的加速度, 必须知道万有引力的大小.,在已经知道万有引力的情况下, 导致弹簧产生形变的力为:,Lecture 5 - Basic problems of INS,8,2.1*比力,对于单位质量:,取向上为正方向, 则,实际应用中, 也经常说加速度计是用来测量加速度, 在这种情况下相当于把万有引力加速度 g 看成是一个向上的加速度.,Lecture 5 - Basic problems of INS,9,outline,惯性导航基本概念 加速度计

4、的测量 比力 惯导系统的误差 地球表面导航情况下的加速度分解,Lecture 5 - Basic problems of INS,10,3.0 单轴导航系统,简化的单轴导航,X, Y, Z - 当地地理坐标系,Xp, Yp, Zp -平台坐标系,Lecture 5 - Basic problems of INS,11,3.1*元件误差: 加速度计,各种类型的误差源影响着导航的精度,1器件误差,加速度计 - 当比力 fa 作用于加速度计的敏感轴时, 加速度计实际的输出可表示为,其中 Ka 和 AN 加速度计的标度系数误差和偏置误差. fa 是施加在加速度计的敏感轴上的比力,Lecture 5 -

5、 Basic problems of INS,12,3.2*陀螺误差和初始误差,陀螺仪 - 如果平台的指令角速度为 c , 它的实际转动角速度为:,Kg - 陀螺仪的比力系数误差, - 陀螺仪的漂移误差,这些误差导致平台和当地水平面之间出现失准角 .,2初始条件误差,导航计算机所采用的和载体的初始运动状态参数相关的误差,Lecture 5 - Basic problems of INS,13,3.3*方框图,Lecture 5 - Basic problems of INS,14,3.4 误差方程,因此,Lecture 5 - Basic problems of INS,15,3.5 误差分类

6、,求解上述误差微分方程, 并假设在远远小于84.4分钟的时间间隔 T 内, 存在一个常值加速度 , 则,误差源的分类:,1. 有界 (bounded) 误差, 前 5 项,2. 无界 (unbounded) 误差, 后 2 项,Lecture 5 - Basic problems of INS,16,outline,惯性导航基本概念 加速度计的测量 比力 惯导系统的误差 地球表面导航情况下的加速度分解,Lecture 5 - Basic problems of INS,17,4.1 加速度分解: 东北天坐标系的旋转,引力补偿后，加速度计的输出反映了载体的绝对加速度.,但在实际导航中, 载体相对

7、地球表面的加速度 (表示在地理坐标系中) 往往是我们更关心的.,需要从载体的绝对加速度中去除掉牵连加速度和苛氏加速度分量.,地球的自转角速度表示在地理坐标系中:,Lecture 5 - Basic problems of INS,18,4.1*加速度分解: 东北天坐标系的旋转,当载体 P 在地球表面移动, 地理坐标系 EN 相对惯性空间的角速度分量为：,各项的物理意义,Lecture 5 - Basic problems of INS,19,4.2 加速度分解: 绝对加速度,苛氏定律,如果选取地球坐标系为动坐标系，则,如果选取地理坐标系作为动坐标系, 则,载体的绝对加速度和万有引力加速度共同决

8、定了载体的平台上加速度计的输出.,加速度计敏感到的比力：,Lecture 5 - Basic problems of INS,20,4.3 加速度分解: 比力和相对加速度,对上述两种动坐标系情形, 比力分别表示为:,Lecture 5 - Basic problems of INS,21,4.4 加速度分解: 分量表示式,如果选取惯性坐标系为导航坐标系 (由平台模拟), 则,绝对加速度的分量表达式:,只考虑惯导平台跟踪地理坐标系的情形,Lecture 5 - Basic problems of INS,22,4.4 加速度分解: 分量表示式,其中,Lecture 5 - Basic probl

9、ems of INS,23,4.4 加速度分解: 分量表示式,对于地球表面附近的导航, 垂直速度分量经常可以忽略, 因此,Lecture 5 - Basic problems of INS,24,4.4 加速度分解: 简化的分量表示式,忽略垂直速度分量经常, 得：,记,加速度计输出包括:,位移加速度 重力加速度 苛氏加速度 位移向心加速度,detrimental accelerations AB,Lecture 5 - Basic problems of INS,25,4.4*加速度分解: 简化的分量表示式,在惯导系统中，重力加速度 g 经常被看作是向上为正的.,Lecture 5 - Basic problems of INS,26,附录: 当选取地理坐标系为导航坐标系