第五章惯性导航系统(PPT-70)

机即时速度和即 时位置可由下式 获得
a dv d 2S dt dt 2
t
v v0

adt
0
S v0
t dt 1 a
0
2
t 0
t dt 2
0
若初始时刻的初速度v0=0，初始位移S0=0，则有
t
v 0 adt S 1 a t t dt 2
2 00
不管初始值v0与S0是否为零，在应用上述速度和位移公式时均可计算 出任何时刻的速度和任何一段时间内飞机（物体）所飞过的路程。
导航是引导飞机到达目的地的过程。飞机的导航系统有两种工 作状态：提供导航信息，驾驶员根据提供的信息引导飞机沿规定 的航线到达目的地；提供导航信息输入飞机飞行自动控制系统， 使飞机自动地沿规定航线飞行，后者构成了制导系统。
第五章 惯性导航系统
一、概 述
用一种叫加速度计的仪表测量到飞机（物体）的运动加速度后，飞
第五章 惯性导航系统
一、概 述
第五章 惯性导航系统
一、概 述
实际惯导系统不仅能提供即时速度和即时位置，还可以测量飞机 的姿态。在捷联式惯导系统中可提供多达35个参数，构成惯性基 准系统。
35个参数中主要有：即时经度和纬度；飞机地速，航迹角；飞机 三个姿态角和角速度；沿机体轴的三个线加速度；垂直速度；惯 性高度。此外，在由大气数据系统提供真空速条件下，还输出风 速风向（角）等。
第五章 惯性导航系统
三、加速度计
加速度计的类型
线加速度计在加速度作用下，敏感质 量沿加速度方向作位移运动。……当飞 机沿输入轴（敏感轴）方向以加速度a 相对惯性空间运动时，敏感质量将朝与 加速度相反方向相对壳体位移，从而压 缩（或）拉伸弹簧。稳态时有如下关系
r
sin
v sin tg Rh
上式表明，飞机飞行速度将引起地理坐标系的绕地理东向、北向和垂线
方向相对地球坐标系转动。
第五章 惯性导航系统
二、有关知识
当地地理坐标系的绝对角速度
地球坐标系相对惯性坐标系的转动角速 度在地理坐标系上的投影为
eE 0 eN e cos e e sin
上式表明，地球自转也将引起地理坐标
系绕地理北向和垂线方向相对惯性坐标
系的转动。
地球自转角速度在地理坐标系上的投影
第五章 惯性导航系统
二、有关知识
当地地理坐标系的绝对角速度
综合考虑地球自转和飞行速度的影响，得 当地地理坐标系的绝对角速度为
E

v cos Rh
N
e cos
v sin Rh
速度分解为沿地理北向和地理东向两
个分量
vN v cos
vE v sin
飞行速度北向分量vN引起地理坐标系绕 平行于地理东西方向的地心轴转动，其
转动角速度为
vN v cos Rh Rh
飞行速度引起地理坐标系转动
第五章 惯性导航系统
二、有关知识
当地地理坐标系的绝对角速度
经度和纬度
第五章 惯性导航系统
地 球
二、有关知识
通过地心并垂直于地轴的平 面的大圆为赤道平面，赤道 平面与地球表面的交线为赤 道。赤道是纬线，且是一个 大圆。凡是垂直于地轴的平 面与地球表面的交线都是纬 线。地垂线与赤道平面之间 的夹角叫做纬度。
经度和纬度
第五章 惯性导航系统
二、有关知识
当地地理坐标系的绝对角速度
飞行速度东向分量vE引起地理坐标系绕地 轴转动，其转动角速度为

vE
R hcos

v sin
R hcos
把上两项平移到地理坐标系的原点，并投
影到地理坐标系，可得
rE



v
cos Rh
rN
cos
v sin Rh
飞行速度引起地理坐标系转动
第五章 惯性导航系统
所谓导航，是指在某参考系内将运动物体以一点引导到 另一点的过程。
惯性导航所要解决的基本问题是不断确定载体的姿态、 速度和位置。
任何物质的运动和变化，都是在空间和时间中进行的。物 体的运动或静止及其在空间的位置，是指它相对另一物体而 言。这就是说，在描述物体的运动时，必须选定一个或几个 物体作为参考系。当物体对于参考系的位置有了变化时，就 说明该物体发生了运动。
第五章 惯性导航系统
主要坐标系
二、有关知识
1、实用惯性坐标系
2、地球坐标系
地心惯性坐标系和地球坐标系
第五章 惯性导航系统
主要坐标系
3、地理坐标系
二、有关知识
4、机体坐标系
地理坐标系
机体坐标系
第五章 惯性导航系统
地 球
二、有关知识
地轴与地球表面的交点为地 球的两极，通过地理南、北 极的大圆弧叫做子午线或经 线，它是表示地理南北的方 向线。子午线和地轴构成的 平面叫做子午面。通过格林 威治天文台的子午线为本初 子午线，它与地轴构成的平 面为本初子午面。子午面与 本初子午面之间的夹角叫做 经度。
惯性导航的基本原理，是根据牛顿运动定律，在载体内 部通过测定惯性力的大小来确定其运动加速度。
第五章 惯性导航系统
• 惯性导航是一种自主式导航，它军用新机、民用新机、旧 飞机设备改装都要考虑配置的导航设备。
一、概 述
惯性导航是通过测量飞机的加速度（惯性），并自动进行积分 运算，以获得飞机即时速度和即时位置数据的一门综合性技术。

e sin
v sin Rh
Leabharlann Baidutg
地球自转角速度在地理坐标系上的投影
第五章 惯性导航系统
三、加速度计
加速度计的类型
加速度计是惯性导航系统的重要惯性元件，它用于测量飞机的线 加速度，并输出与加速度成比例的电信号。
加速度计按检测加速度质量的运动方式分，有线加速度计和摆式 加速度计。
OENζ相对惯性坐标系的转动 角速度应包括两个部分：相 对角速度，它是由于飞机相 对于地球运动而形成的；牵 连角速度，它是地球相对惯 性坐标系运动形成的。
地理坐标系
第五章 惯性导航系统
二、有关知识
当地地理坐标系的绝对角速度
以飞机水平飞行的情况进行讨论：设
飞机所在地的纬度为 ，飞行高度
为h，速度为v，航向角为ψ。把飞行
惯导系统通常由惯性测量组件、计算机、控制显示器等组成。惯 性测量组件包括加速度计和陀螺仪惯性元件。三个陀螺仪用来测 量飞机的沿三轴的转动运动；三个加速度计用来测量飞机的平动 运动的加速度。计算机根据加速度信号进行积分计算，还进行系 统的标定、对准，以及进行机内的检测和管理。控制显示器实时 显示导航参数。