惯性导航基本原理课件

0 刻划
f a
g
18
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
地球
加速度计不能敏感引力加速度
19
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
10
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
H
内环轴 测角器
外环 内环
转子
外环轴 测角器
机械式双自由度陀螺结构示意图
11
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
（1）分析法
依据工作原理，分析引起误差的物理机制，建立 相应数学模型，然后测试模型中的有关参数。模型中 各误差项都有明确的物理意义，故又称物理模型。
（2）试验法
以大量测试数据为依据，用纯数学方法建立拟合 数学模型，并辨识相应参数。
34
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
由角速度测量值及初始时刻转换矩阵、姿态角， 可以计算任意时刻转换矩阵、姿态角。
28
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
捷联式惯性导航系统的特点： 陀螺仪动态范围大； 导航计算量大； 结构简单、体积小、重量轻、成本低等。
加速度计
20
主要内容
4.1 引言 4.2 单自由度陀螺测量原理 4.3 加速度计测量原理 4.4 平台式惯性导航基本原理 4.5 捷联惯性导航基本原理 4.6 惯性导航误差分析
21
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
加速度计静态误差模型：
fx K0xKxfxKyfyKzfz KxyfxfyKzyfzfyKxzfxfz Kxxfx2Kyyfy2Kzzfz2
加速度计动态误差模型： fx KxxKyyK\zz
KxyxyKzyzyKxzxz Kxx2 xKyy2 yKzz2 z
35
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
26
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
Ri (t) Ri (t) b (t)
b
b
ib
33
33
33
f i(t) Ri (t) f b(t)
b
31
31
0Fra Baidu bibliotek
z
y
b ib
z
0 x
y
x
0
2
0
(t t ) 0
a f (t t )
x
0
v 1 f (t t )2
x
2
0
x 1 f (t t )3
6
0
结论：惯导误差随时间迅速增加。
32
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
4
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
（3）系统分类
平台式惯导系统、捷联式惯导系统
（4）系统组成
导航信息 计算机
陀螺 加速度计
5
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
3
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
（1）惯性导航系统功能
测量载体相对于惯性坐标系的加速度、角速度，通过 积分计算获取载体的导航信息。
（2）惯性导航系统发展
以机械陀螺为敏感器件的惯性导航系统的发展； 以光学或微机电陀螺为敏感器件的惯性导航系统的发展。
机械式单自由度陀螺测量原理
若载体（外环）相对于惯性坐标系，绕 I（Input） 轴 以角速度ω匀速旋转，则转子绕 O（Output）轴进动，测角 仪测出相应进动角度（与ω成正比）。
单自由度
转子相对于载体（外环），除了可以绕 H 轴转动外， 还可绕 O 轴转动小角度。而自转轴仅能绕 O 轴旋转，并 根据其相对载体的转动自由度定义陀螺仪的自由度。
25
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
陀螺、加速度计固联在载体上。 测量载体相对于惯性系的旋转角速度、加速 度矢量（在载体坐标系中的值）。然后依据初始 时刻载体的位置、速度及姿态，计算出载体坐标 系相对于惯性系的姿态角、加速度，对加速度一 次（二次）积分得到速度（位置）。
激光陀螺
国内：0.002 º/h
光纤陀螺
国外：0.001 º/h
15
主要内容
4.1 引言 4.2 单自由度陀螺测量原理 4.3 加速度计测量原理 4.4 平台式惯性导航基本原理 4.5 捷联惯性导航基本原理 4.6 惯性导航误差分析
16
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
假设载体沿 y 轴方向做匀加速直线运动。
y y′
f
x′
o
ε
x
31
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
假设视加速度、角速度有常值误差 f、 ，则
a f y
v f (t t )
y
0
y 1 f (t t )2
Z平
az
ay Y平
ax
X平
平台式惯导系统示意图
22
测量载体在惯性坐标系中的加速度，然后一次积分
得到速度，二次积分得到位置。
a i(t) f i(t) g i(t)
t
v i ( t ) v i ( t ) a i ( ) d 0 t0 t
r i ( t ) r i ( t ) v i ( u ) d u 0 t0
（1）加速度计功能
测量载体相对于惯性坐标系的视加速度在体坐标系中的值。
（2）加速度计分类
摆式、摆式积分陀螺加速度计……
17
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
（3）加速度计测量原理
S
S 0 刻划
（不受外力）
（5）惯导优点
① 依靠自身测量信息进行连续定位； ② 不需接收外部信息，不受外界干扰； ③ 不向外部辐射能量，具有隐蔽性； ④ 可同时确定载体位置/速度/姿态信息。
6
7
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
4 惯性导航基本原理
国防科技大学 航天与材料工程学院
1
主要内容
4.1 引言 4.2 单自由度陀螺测量原理 4.3 加速度计测量原理 4.4 平台式惯性导航基本原理 4.5 捷联惯性导航基本原理 4.6 惯性导航误差分析
2
主要内容
4.1 引言 4.2 单自由度陀螺测量原理 4.3 加速度计测量原理 4.4 平台式惯性导航基本原理 4.5 捷联惯性导航基本原理 4.6 惯性导航误差分析
一种捷联惯导系统误差模型：
fb
K K00xy K K11xxxy
fxbK1yx fxbK1yy
ffyybb K K11zzyxffzzbb
K0z K1xz fxbK1yz fybK1zz fzb
b D D 0 0x y D D 1 1x yffx x b b D D 2 2x yffy y b b D D 3 3x yffz zb b E E 1 1x x x y b b x x E E 1 1y yx y b b y y E E 1 1z zy x b z b z D 0zD 1zfx bD 2zfy bD 3zfzbE 1xz b xE 1yz b yE 1zz b z
其中
R i ：b系至 i系的旋转变换矩阵； b
b ：捷联陀螺测得的 b系相对于i系旋转角速度矢 ib
量在 b系中的值，、、 为其轴向分量。
x
y
z
27
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
i系： “数学平台”坐标系，b 系中的视加速度 测量值转换至该系，位置、速度参数在该 系中计算。
37
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
模型越复杂，参数越多，则 （1）考虑越全面，越接近于真实的情况； （2）模型的正确性越难以验证，参数越难以标定。
38
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
8
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
（3）机械式单自由度挠性陀螺
H
内环
结 构 挠性杆 示 意
图
测角器
O
I
I (M)
外环
9
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
（4）激光陀螺
检测点 B'
B
光束1
光束2
r
A
测量原理示意图
Sagnac效应（1913年）
光束 1 的行程 L1 r
传播时间 tr/c
旋转条件下的行程差
L1(r)(r/c)2cA
光束 1、2 的行程差
L 4As
c 12
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
激光陀螺结构示意图
谐振腔 激光束 激光管 平面镜 光电读出器
13
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
光纤陀螺结构示意图
14
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
陀螺仪静态飘移误差数学模型：
x D0xDxfxDyfyDzfz DxyfxfyDyzfzfyDzxfxfz Dxxfx2Dyyfy2Dzzfz2
陀螺仪动态误差的数学模型：
x DxxDyyDzz ExxEyyEzz ExyxyExzxz Ezyzy Exx2x Eyy2y Ezz 2z
36
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
29
主要内容
4.1 引言 4.2 单自由度陀螺测量基本原理 4.3 加速度计测量原理 4.4 平台式惯性导航基本原理 4.5 捷联惯性导航基本原理 4.6 惯性导航误差分析
30
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
其中 f ：视加速度，测量值；g ：引力加速度。
23
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
平台式惯导系统组成 24
主要内容
4.1 引言 4.2 单自由度陀螺测量原理 4.3 加速度计测量原理 4.4 平台式惯性导航基本原理 4.5 捷联惯性导航基本原理 4.6 惯性导航误差分析
三类误差：静态、动态、随机误差。 误差原因：惯性元件不尽完善，安装误差，温度
变化等。
应对措施：建立惯导误差模型，测试标定模型参 数，然后对惯导系统进行补偿。
33
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
惯性元件误差模型的建立方法