第八章测量传感器与导航系统.ppt

1、第八章 测量传感器与导航系统,直升机飞行控制系统需要完备的测量传感器和导航系统，为飞行控制提供当前直升机飞行状态信息。,测量传感器种类很多，与直升机飞行控制系统相关的主要有姿态系统仪表，高度测量仪表，大气数据系统，惯性导航系统，GPS等。,第一节 陀螺仪及其特性,一、结构组成,双自由度陀螺 (三自由度陀螺),单自由度陀螺(二自由度陀螺),二、基本特性,稳定性（相对惯性空间不变）,定轴性,稳定性（相对惯性空间不变）,章动性,陀螺内环转动轴上在t瞬时内受到一个冲击力矩M,章动振幅,进动性,进动方向,进动角速度,为自转轴与外框轴之间的夹角,角动量L,陀螺力矩,哥氏加速度,陀螺力矩计算,分类,滚珠轴承

2、自由陀螺 液浮陀螺 静电陀螺 挠性陀螺 激光陀螺 光纤陀螺 核子共振陀螺,第二节 姿态角测量装置,利用稳定性原理,垂直陀螺（地平仪）,结构组成,俯仰角、滚转角测量原理,地平仪测量,（a）上仰 （b）滚转 （c）平飞,地球自转、飞行器运动对地平仪的影响,导致自转轴偏离地垂线,航向陀螺仪,结构组成,磁航向计,测量原理,航向角,真航向 磁航向 罗航向,磁罗盘指示,陀螺罗盘指示,偏航角测量原理,第三节 角速度测量装置,基本组成与测量原理,L陀螺力矩,Mk弹簧力矩,阻尼器提高陀螺仪工作稳定性,角速度陀螺仪在飞行器上的安装,高度测量装置,气压式空速测量装置,测量范围 1psi,20米/秒-0.0355ps

3、i,真空膜盒传感器,空速管,马赫速,惯性导航系统,原理示意图,惯性导航系统结构示意图,平台式,惯性导航系统结构示意图,捷联式,GPS导航系统,GPS组成,空间部分 GPS卫星,21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星,GPS地面监控站,主控站一个，位于美国克罗拉多（Colorado）的法尔孔（Falcon）空军基地，它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时，它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星工作；另外，主控站也具有监控站的功能。 监控站五个，除了主控站外，其它四个分

4、别位于夏威夷（Hawaii）、阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein），监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星的工作状态； 注入站三个，它们分别位于阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（Diego Garcia）、卡瓦加兰（Kwajalein），注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。,用户设备（用户接收机）,由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备等所组成。它的作用是接收GPS卫星所发出的信号，利用这些信号进行导航定位等工作。GPS接收机可以捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信

5、号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。 以上这三个部分共同组成了一个完整的GPS系统。 用户通过测量到太空各可视卫星的距离来计算他们的当前位置，卫星的位置相当于精确的已知参考点。每颗 GPS 卫星时刻发布其位置和时间数据信号，用户接收机可以测量每颗卫星信号到接收机的时间延迟，根据信号传输的速度就可以计算出接收机到不同卫星的距离。同时收集到至少四颗卫星的数据时就可以解算出三维坐标、速度和时间。,GPS定位原理,伪距测量 载波相位 多普勒频移,钟差影响,伪距四星定位,r: 接收者 sj:发送者，第j个卫星,伪距四星定位,差分定位（伪距、载波相位）,差分定位实例,GPS/INS组合导航系统,各传感器数据更新速率不一样，感受的物理量不一样 不同位置、时段精度不一样，与控制时间步长也不一样,无人 直升机,导航数据处理系统 广义Kalman 滤波,飞行控制系统总体结构,飞行控制 系统,地面站系统,传感器组件,操