捷联惯导系统

导航位置方程
目的： 、、
Veppx、
Veppx、
Vp epx
方法： Cep
Cep
一、位置矩阵 Cep
ωepp
Vp ep
fb
坐标变换矩阵
xe yeze 90 xt yt zt 90 x g y g z g x p y pz p
（e系）
（t）
（g）
（p）
zz22
γ zb
θ zR z1
xR
ψ x1
0
0
0 1
cos sin sin sin cos cos cos sin sin sin sin cos
sin
sin
cos
sin
cos
sin cos cos sin sin
cos
cos
cos cos
cos sin
sin
C11 C12 C13
C21
C22
C23
yg
xp
zgzp
xg
ze zt yg
zzgp
O
yt
xt
yt
xe
ye
位置矩阵
C C C C p
pgt
e
cos sin
0
gt
sin
cos
0
100e100
0
cos90 sin 90
0
cos 90
sin 90 sin 90
cos90 0
sin 90 cos 90
C11 C21 C31
Cep 1 Cep T
C12 C13 1 C11 C21
C22
C23
C12
源自文库C22
C32 C33 C13 C23
C11 C22C33 C23C32 C21 C13C32 C12C33 C31 C12C23 C22C13
C31
C32
C33
位置矩阵微分方程组
CC1123
eppyC32 eppyC33
CC2223
C p epx 32
C p epx 33
C32 C33
C p epy 12
C p epy 13
C p epx 22
p epx
C23
C11 C22C33 C23C32 C21 C13C32 C12C33 C31 C12C23 C22C13
姿态计算
飞行器
方向余弦元素
教学内容
一、位置矩阵 二、位置矩阵微分方程 三、位置速率方程 四、速度方程
捷联惯导系统分类
按使用的陀螺仪分为：
速率捷联惯导系统：液浮、动调、激光、光纤 位置捷联惯导系统：静电
按选择的导航坐标系分为：
指北方位惯导系统：地理系 游移方位惯导系统：游移方位坐标系 自由方位惯导系统：自由方位坐标系
C31 C32 C33
m
arcsin C33, m
arctan
C32 C31
,m
arctan
C13 C23
导航位置真值计算
m
m ， C31 0
m m
180 180
，C31
0 mm
0 0
m
m
360
，C23
m 180 ，
0
m m
C23 0
0 0
注：
CC3312
cos cos
捷联式惯导系统（SINS）
加速度计
fb
数学平台
? 姿态矩阵 Cbp
姿态矩阵计算
fp
导航 计算机
速度、位置 姿态、航向
陀螺
ibb
pbb
b ip
姿态航向
-
姿态计算
飞行器
方向余弦元素
激光捷联惯导系统
捷联惯导系统特点
优点： 便于维护、更换 体积小、重量轻、成本低 便于采用余度技术，进一步提高可靠性
sin cos
CC2133
sin cos
cos cos
二、位置矩阵微分方程
Cep ωeppkCep or Cep Cepωeppk
CC1211
C12 C22
C13 C23
0
p epz
eppz
0
p epy
eppx
C11 C21
C12 C22
C13
C23
C31 C32 C33
作业思考题
1、简要说明捷联惯导系统的基本组成和原理。 2、什么是数学平台？它有什么作用？
惯性导航系统
第四十四讲 捷联惯导系统 力学编排方程（一）
捷联式惯导系统（SINS）
加速度计
fb
数学平台
姿态矩阵 Cbp
f p 导航 速度、位置
计算机 姿态、航向
姿态矩阵计算
陀螺
ibb
pbb
b ip
姿态航向
-
eppy
p epx
0 C31 C32 C33
坐标变换矩阵微分方程
速度向量的坐标变换形式：
PRs =CsvPR v +PCsvR v
哥氏定理矢量形式：
PsR=PvR+ωsv R
哥氏定理矩阵形式：
PR
s
=Csv
PR
v
+Csvω
vk sv
R
v
微分方程：
Csv
=Csvω
vk sv
或： Csv =-ωvsvkCsv
惯性导航系统
第四十三讲 捷联式惯导系统 概述
教学内容
一、捷联惯导基本原理 二、捷联惯导系统的特点 三、捷联惯导系统的分类 四、捷联惯导系统的发展
平台式惯导系统（GINS）
加速度计
比力 f p
指令角速度
p ip
速度、位置 导航 计算机 姿态、航向
陀螺 惯性平台 飞行器
陀螺输出 平台施矩 修正回路
环架姿态
缺点： 陀螺动态范围要求大 惯性器件误差补偿要求高 算法复杂，计算量大
捷联惯导系统分类
按使用的陀螺仪分为：
速率捷联惯导系统：液浮、动调、激光、光纤 位置捷联惯导系统：静电
按选择的导航坐标系分为：
指北方位惯导系统：地理系 游移方位惯导系统：游移方位坐标系 自由方位惯导系统：自由方位坐标系
Cep 0 f 0,0,0
1
p p epx epy
g g egx egy
R VeggxVeggy
VeppxVeppy
三、位置速率方程
11
p p epx epy
g g egx egy
RN RE
x2
γ
xb
坐标变换矩阵
yy22yb θ
ψ y1 yR
C C C C b
b 21
R
21 R
cos sin 0
C1R sin cos 0
0
0 1
1 0
0
C12 0
cos
sin
0 sin cos
cos 0 sin
Cb2
0
1
0
sin 0 cos
地球系与导航系
ztze yp
捷联惯导的发展
1、1950年起，德雷珀实验室捷联系统得到成熟的探索； 2、1969年，在“阿波罗-13”宇宙飞船，备份捷联惯导系统； 3、20世纪80~90年代，波音757/767、A310民机以及F-20战 斗机上使用激光陀螺惯导系统，精度达到1.85km/h的量级； 4、20世纪90年代，美国军用捷联式惯导系统已占有90% 。光 纤陀螺的捷联航姿系统已用于战斗机的机载武器系统中及波 音777飞机上。 5、国内由90年代挠性捷联惯导到现在激光捷联惯导、光纤陀 螺捷联航姿系统。