惯导 惯性导航系统的初始对准
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惯性导航篇—惯性导航系统 的初始对准
主要内容
概述 静基座惯导系统误差方程 单回路的初始对准 陀螺漂移的测定 捷联式惯导系统的初始对准
主要内容
概述 静基座惯导系统误差方程 单回路的初始对准 陀螺漂移的测定 捷联式惯导系统的初始对准
概述
什么是初始对准？ 初始对准有任务？ 初始对准的类型？
什么是初始对准？
单回路的初始对准—水平精对准
得到简化后的方块图为
单回路的初始对准—水平精对准
水平精对准的控制思想，就是在上述回 路的基础上，增加必要的阻尼，在给定 的时间内，使平台偏差角α 和小于给 定值。 方案：三阶水准水平对准
单回路的初始对准—水平精对准
方案：三阶水准水平对准（北向为例） 一阶阻尼 二阶阻尼 三阶阻尼
为计算值与真 实值的之差
静基座惯导系统误差方程
假定载体处于地面静止状态， 于是惯性导航系统误差方程式可简化为
2 sin V g A V E e N E 2 sin V g A V N e E N V N
AN，AE
初始对准的类型
利用外部提供的参考信息进行对准
光学的自动准直技术 其方法是在惯导平台上附加光学多面体，使 光学反射面与被调整的轴线垂直，这样可以 通过自动准直光管的观测，发现偏差角，人 为地给相应轴陀螺加矩，使平台转到给定方 位，或者也可以借光电自动准直光管的观测， 自动地给相应轴的陀螺加矩，使平台转到给 定位置，实现平台初始对准的自动化。
两位置法测量水平陀螺漂移 第一个位置就是惯导平台正常的导航位置
其初始对准回路主要是东向陀螺敏感东向角速 度，北向陀螺敏感北向角速度。 东向加速度计的输出信号经过校正环节馈人北 向陀螺的输入端，而北向加速度计的输出信号 经过校正环节馈人东向陀螺的输入端。
陀螺漂移的测定—水平陀螺漂移 的测定 1 K
2
二阶水平对准回路方 块图
R 1 K 2 V E N R
VN e cos E
水平对准结束后，有平衡条件
0
1 K2 0 VN e cos E R 1 K2 0 VE N R
陀螺漂移的测定—水平陀螺漂移 的测定 加速度计的输出值，是可观测的
R
静基座惯导系统误差方程
对应的方块图为
主要内容
概述 静基座惯导系统误差方程 单回路的初始对准 陀螺漂移的测定 捷联式惯导系统的初始对准
单回路的初始对准
水平对准
方位对准
单回路的初始对准—水平对准
初始对准过程： 首先是水平粗对准，而后是方位 粗对准。 在粗对准之后再进行精对，首先 是水平精对准，而后进行方位精 对准。
1 E (s) KAN (s) ( s) s Kg
稳定误差（加速度计零位误差 和陀螺漂移角 速度为常值时 ） E AN s
Kg g
单回路的初始对准—水平精对准
水平精对准是在水平和方位粗对准的基础上进 行 由于水平对准时，水平对准过程中
使方位陀螺自锁（平台在方位上不转动），即方位 陀螺不参与工作所以仍将水平对准和方位对准分开 讨论，不考虑交叉耦合的影响。 方位误差角是常值 水平回路的两水平误差之间的耦合项比其他误差源 的影响小，而且在对准过程中随着水平误差的减小， 耦合项也是在减小的，故忽略二者之间的耦合
1 K2 0 VN e cos E R 东向陀螺和北向陀 1 K2 螺的加矩信号为 0 VE N R 1 K2 E VN R 1 K2 N VE R E e cos E
N N
陀螺漂移的测定—水平陀螺漂移 的测定
二阶水平对准回路(K3=0)
(s) s K1s (1 K2 )
2 2 s
根据精度和对准时间的要求，确定相应 的 K值
单回路的初始对准—方位对准
系统误差 方块图
单回路的初始对准—方位对准
结论：北向加速度计与与东向陀螺组成 的水平对准回路与方位回路有较大的交 叉影响，称为罗经效应。 即当平台正确取向时，东向陀螺将不敏 感地球自转角速度分量。 利用这个加速度计输出信号，使其通过 一个适当的补偿环节再加给方位陀螺仪 的力矩器，从而使平台在方位上进动， 一直到地球自转角速度分量不再被东向 陀螺所敏感，这样就消除了方位误差角。
主要内容
概述 静基座惯导系统误差方程 单回路的初始对准 陀螺漂移的测定 捷联式惯导系统的初始对准
静基座惯导系统误差方程
假定载体处于地面静止状态， 于是惯性导航系统误差方程式可简化为
2 sin V g A V E e N E 2 sin V g A V N e E N V N
E e cos E N N
1）从北向加矩信号可以直接看出 北向陀螺的漂移角速度值 2）在东向加矩信号中，不能区分 出东向陀螺漂移角速度值不 如何测试东向陀螺漂移角速度值？
陀螺漂移的测定—水平陀螺漂移 的测定
在完成北向陀螺漂移角速度的测试后， 将平台旋转90°，使原来的东向陀螺敏 感轴处于北向位置。 开始第二个位置的测漂工作，这时的测 试平衡方程式为
若：假定载体 所在地的纬 度是准确知 道的
0 则：
静基座惯导系统误差方程
假定载体处于地面静止状态， 于是惯性导航系统误差方程式可简化为
2 sin V g A V E e N E 2 sin V g A V N e E N V N
陀螺漂移的测定
从使用角度考虑，希望陀螺漂移角速度是常值， 但因陀螺漂移具有不稳定性，因而在不同的时 间，每次通电后所测得的陀螺常值漂移角速度 的数值并不一样，标定时给定的陀螺常值漂移 角速度值也是一个统计数据。用标定时给定的 陀螺常值漂移角速度值去补偿，补偿效果并不 理想。但是，对于大多数陀螺，在-次通电启 动运行下，其漂移的主要分量常值特性很好， 工程上用此测量值对陀螺漂移进行补偿。
平台漂移角 速度（陀螺 漂移）
静基座惯导系统误差方程
假定载体处于地面静止状态， 于是惯性导航系统误差方程式可简化为
2 sin V g A V E e N E 2 sin V g A V N e E N V N
R V N e cos e sin E R VE sin sin e e N R tan VE e cos e cos R
单回路的初始对准—方位对准
方位对准回路原理方 块图
K3 K ( s) e cos ( s K 4 )
K ( s) K3 e cos ( s K 4 )
直接影响方位 对准精度
稳态误差
s
e cos
E
(1 K 2 ) K 4 RK3
主要内容
概述 静基座惯导系统误差方程 单回路的初始对准 陀螺漂移的测定 捷联式惯导系统的初始对准
陀螺漂移的测定
本节所讲述的陀螺漂移的测定，是指系 统在使用前完成的。即在通电后和导弹 发射前这段时间内完成的。 惯性导航系统中的平台，实质上可看做 一个多轴陀螺漂移测试伺服转台或位置 台，因此可以借用常规的实验室陀螺漂 移测试方法。 本节只讲述在初始对准时的测漂基本原 理。
陀螺漂移的测定—水平陀螺漂移 的测定
单回路的初始对准—水平对准
水平粗对准
单回路的初始对准—水平对准
水平粗对准——单通道水平自对 准方块图
系统的特征方程式为等于什么？
自对准角度α 和加速度计零位误差 以及陀螺漂移角速度 之间的有什么关系？
单回路的初始对准—水平对准
系统的特征方程式为
s Kg 0
自对准角度α 和加速度计零位误差 以及陀螺 漂移角速度 之间的关系
单回路的初始对准—水平精对准
等效方块图为
得到平台偏差角和上述干扰量之间的传递 三阶水平对准回路的特征方程：
(s) s K1s (1 K2 ) s K3 R g 2 s R
3 2 2 sHale Waihona Puke Baidu
2 s
单回路的初始对准—水平精对准
(s) s3 K1s 2 (1 K2 )s2 s K3 Rs2 稳态误差（三阶） AN s g
静基座惯导系统误差方程
假定载体处于地面静止状态， 于是惯性导航系统误差方程式可简化为
2 sin V g A V E e N E 2 sin V g A V N e E N V N
R V N e cos e sin E R VE sin sin e e N R tan VE e cos e cos R
静基座惯导系统误差方程
进一步简化得
g A V E E g A V N N VN e cos e sin E
VE e sin N R tan VE e cos R
R V N e cos e sin E R VE sin sin e e N R tan VE e cos e cos R
略去有害加速 度引入的交 叉耦合项
初始对准的类型——自对准技术
自对准技术是一种自主式对准技术，它 是通过惯导系统自身功能来实现的。 地球上的重力加速度矢量和地球自转角 速度矢量是两个特殊的矢量 自对准的基本原理是基于加速度计输入 轴和陀螺敏感轴与这些矢量的特殊关系 来实现的。
初始对准的类型——自对准技术
半解析式惯性导航系统 在理想情况下，①它的东向和北向加速 度计就不敏感当地重力加速度g ， 此时 可认为平台位于当地水平面内，②而东 向陀螺则不敏感地球自转角速度分量， 在满足上述两种约束的条件下，则可说 平台坐标系和地理坐标系重合。
惯性导航系统在正式工作之前的准备工 作 使惯性导航系统所描述的坐标系与导航 坐标系相重合，使导航计算机正式工作 时有正确的初始条件，如给定初始速度， 初始位置等，这些工作统称为初始对准。 如给定初始速度为零
初始对准有任务？
研究如何使平台坐标系(含捷联惯导 的数学平台)按导航坐标系定向，为 加速度计提供一个高精度的测量基 准，并为载体运动提供精确的姿态 信息。
北向和东向 加速度计的 零位误差
R V N e cos e sin E R VE sin sin e e N R tan VE e cos e cos R
e cos N E N E
陀螺漂移的测定—方位陀螺漂移 的测定
方位陀螺漂移的测定的控制回路
计算方 位角
指北方 位角
当系统处于稳态时，有
c (e sin c e sin ) 0
VN VCN VC VE VCE VE C
R V N e cos e sin E R VE e sin e sin N R tan VE e cos e cos R
主要内容
概述 静基座惯导系统误差方程 单回路的初始对准 陀螺漂移的测定 捷联式惯导系统的初始对准
主要内容
概述 静基座惯导系统误差方程 单回路的初始对准 陀螺漂移的测定 捷联式惯导系统的初始对准
概述
什么是初始对准？ 初始对准有任务？ 初始对准的类型？
什么是初始对准？
单回路的初始对准—水平精对准
得到简化后的方块图为
单回路的初始对准—水平精对准
水平精对准的控制思想，就是在上述回 路的基础上，增加必要的阻尼，在给定 的时间内，使平台偏差角α 和小于给 定值。 方案：三阶水准水平对准
单回路的初始对准—水平精对准
方案：三阶水准水平对准（北向为例） 一阶阻尼 二阶阻尼 三阶阻尼
为计算值与真 实值的之差
静基座惯导系统误差方程
假定载体处于地面静止状态， 于是惯性导航系统误差方程式可简化为
2 sin V g A V E e N E 2 sin V g A V N e E N V N
AN，AE
初始对准的类型
利用外部提供的参考信息进行对准
光学的自动准直技术 其方法是在惯导平台上附加光学多面体，使 光学反射面与被调整的轴线垂直，这样可以 通过自动准直光管的观测，发现偏差角，人 为地给相应轴陀螺加矩，使平台转到给定方 位，或者也可以借光电自动准直光管的观测， 自动地给相应轴的陀螺加矩，使平台转到给 定位置，实现平台初始对准的自动化。
两位置法测量水平陀螺漂移 第一个位置就是惯导平台正常的导航位置
其初始对准回路主要是东向陀螺敏感东向角速 度，北向陀螺敏感北向角速度。 东向加速度计的输出信号经过校正环节馈人北 向陀螺的输入端，而北向加速度计的输出信号 经过校正环节馈人东向陀螺的输入端。
陀螺漂移的测定—水平陀螺漂移 的测定 1 K
2
二阶水平对准回路方 块图
R 1 K 2 V E N R
VN e cos E
水平对准结束后，有平衡条件
0
1 K2 0 VN e cos E R 1 K2 0 VE N R
陀螺漂移的测定—水平陀螺漂移 的测定 加速度计的输出值，是可观测的
R
静基座惯导系统误差方程
对应的方块图为
主要内容
概述 静基座惯导系统误差方程 单回路的初始对准 陀螺漂移的测定 捷联式惯导系统的初始对准
单回路的初始对准
水平对准
方位对准
单回路的初始对准—水平对准
初始对准过程： 首先是水平粗对准，而后是方位 粗对准。 在粗对准之后再进行精对，首先 是水平精对准，而后进行方位精 对准。
1 E (s) KAN (s) ( s) s Kg
稳定误差（加速度计零位误差 和陀螺漂移角 速度为常值时 ） E AN s
Kg g
单回路的初始对准—水平精对准
水平精对准是在水平和方位粗对准的基础上进 行 由于水平对准时，水平对准过程中
使方位陀螺自锁（平台在方位上不转动），即方位 陀螺不参与工作所以仍将水平对准和方位对准分开 讨论，不考虑交叉耦合的影响。 方位误差角是常值 水平回路的两水平误差之间的耦合项比其他误差源 的影响小，而且在对准过程中随着水平误差的减小， 耦合项也是在减小的，故忽略二者之间的耦合
1 K2 0 VN e cos E R 东向陀螺和北向陀 1 K2 螺的加矩信号为 0 VE N R 1 K2 E VN R 1 K2 N VE R E e cos E
N N
陀螺漂移的测定—水平陀螺漂移 的测定
二阶水平对准回路(K3=0)
(s) s K1s (1 K2 )
2 2 s
根据精度和对准时间的要求，确定相应 的 K值
单回路的初始对准—方位对准
系统误差 方块图
单回路的初始对准—方位对准
结论：北向加速度计与与东向陀螺组成 的水平对准回路与方位回路有较大的交 叉影响，称为罗经效应。 即当平台正确取向时，东向陀螺将不敏 感地球自转角速度分量。 利用这个加速度计输出信号，使其通过 一个适当的补偿环节再加给方位陀螺仪 的力矩器，从而使平台在方位上进动， 一直到地球自转角速度分量不再被东向 陀螺所敏感，这样就消除了方位误差角。
主要内容
概述 静基座惯导系统误差方程 单回路的初始对准 陀螺漂移的测定 捷联式惯导系统的初始对准
静基座惯导系统误差方程
假定载体处于地面静止状态， 于是惯性导航系统误差方程式可简化为
2 sin V g A V E e N E 2 sin V g A V N e E N V N
E e cos E N N
1）从北向加矩信号可以直接看出 北向陀螺的漂移角速度值 2）在东向加矩信号中，不能区分 出东向陀螺漂移角速度值不 如何测试东向陀螺漂移角速度值？
陀螺漂移的测定—水平陀螺漂移 的测定
在完成北向陀螺漂移角速度的测试后， 将平台旋转90°，使原来的东向陀螺敏 感轴处于北向位置。 开始第二个位置的测漂工作，这时的测 试平衡方程式为
若：假定载体 所在地的纬 度是准确知 道的
0 则：
静基座惯导系统误差方程
假定载体处于地面静止状态， 于是惯性导航系统误差方程式可简化为
2 sin V g A V E e N E 2 sin V g A V N e E N V N
陀螺漂移的测定
从使用角度考虑，希望陀螺漂移角速度是常值， 但因陀螺漂移具有不稳定性，因而在不同的时 间，每次通电后所测得的陀螺常值漂移角速度 的数值并不一样，标定时给定的陀螺常值漂移 角速度值也是一个统计数据。用标定时给定的 陀螺常值漂移角速度值去补偿，补偿效果并不 理想。但是，对于大多数陀螺，在-次通电启 动运行下，其漂移的主要分量常值特性很好， 工程上用此测量值对陀螺漂移进行补偿。
平台漂移角 速度（陀螺 漂移）
静基座惯导系统误差方程
假定载体处于地面静止状态， 于是惯性导航系统误差方程式可简化为
2 sin V g A V E e N E 2 sin V g A V N e E N V N
R V N e cos e sin E R VE sin sin e e N R tan VE e cos e cos R
单回路的初始对准—方位对准
方位对准回路原理方 块图
K3 K ( s) e cos ( s K 4 )
K ( s) K3 e cos ( s K 4 )
直接影响方位 对准精度
稳态误差
s
e cos
E
(1 K 2 ) K 4 RK3
主要内容
概述 静基座惯导系统误差方程 单回路的初始对准 陀螺漂移的测定 捷联式惯导系统的初始对准
陀螺漂移的测定
本节所讲述的陀螺漂移的测定，是指系 统在使用前完成的。即在通电后和导弹 发射前这段时间内完成的。 惯性导航系统中的平台，实质上可看做 一个多轴陀螺漂移测试伺服转台或位置 台，因此可以借用常规的实验室陀螺漂 移测试方法。 本节只讲述在初始对准时的测漂基本原 理。
陀螺漂移的测定—水平陀螺漂移 的测定
单回路的初始对准—水平对准
水平粗对准
单回路的初始对准—水平对准
水平粗对准——单通道水平自对 准方块图
系统的特征方程式为等于什么？
自对准角度α 和加速度计零位误差 以及陀螺漂移角速度 之间的有什么关系？
单回路的初始对准—水平对准
系统的特征方程式为
s Kg 0
自对准角度α 和加速度计零位误差 以及陀螺 漂移角速度 之间的关系
单回路的初始对准—水平精对准
等效方块图为
得到平台偏差角和上述干扰量之间的传递 三阶水平对准回路的特征方程：
(s) s K1s (1 K2 ) s K3 R g 2 s R
3 2 2 sHale Waihona Puke Baidu
2 s
单回路的初始对准—水平精对准
(s) s3 K1s 2 (1 K2 )s2 s K3 Rs2 稳态误差（三阶） AN s g
静基座惯导系统误差方程
假定载体处于地面静止状态， 于是惯性导航系统误差方程式可简化为
2 sin V g A V E e N E 2 sin V g A V N e E N V N
R V N e cos e sin E R VE sin sin e e N R tan VE e cos e cos R
静基座惯导系统误差方程
进一步简化得
g A V E E g A V N N VN e cos e sin E
VE e sin N R tan VE e cos R
R V N e cos e sin E R VE sin sin e e N R tan VE e cos e cos R
略去有害加速 度引入的交 叉耦合项
初始对准的类型——自对准技术
自对准技术是一种自主式对准技术，它 是通过惯导系统自身功能来实现的。 地球上的重力加速度矢量和地球自转角 速度矢量是两个特殊的矢量 自对准的基本原理是基于加速度计输入 轴和陀螺敏感轴与这些矢量的特殊关系 来实现的。
初始对准的类型——自对准技术
半解析式惯性导航系统 在理想情况下，①它的东向和北向加速 度计就不敏感当地重力加速度g ， 此时 可认为平台位于当地水平面内，②而东 向陀螺则不敏感地球自转角速度分量， 在满足上述两种约束的条件下，则可说 平台坐标系和地理坐标系重合。
惯性导航系统在正式工作之前的准备工 作 使惯性导航系统所描述的坐标系与导航 坐标系相重合，使导航计算机正式工作 时有正确的初始条件，如给定初始速度， 初始位置等，这些工作统称为初始对准。 如给定初始速度为零
初始对准有任务？
研究如何使平台坐标系(含捷联惯导 的数学平台)按导航坐标系定向，为 加速度计提供一个高精度的测量基 准，并为载体运动提供精确的姿态 信息。
北向和东向 加速度计的 零位误差
R V N e cos e sin E R VE sin sin e e N R tan VE e cos e cos R
e cos N E N E
陀螺漂移的测定—方位陀螺漂移 的测定
方位陀螺漂移的测定的控制回路
计算方 位角
指北方 位角
当系统处于稳态时，有
c (e sin c e sin ) 0
VN VCN VC VE VCE VE C
R V N e cos e sin E R VE e sin e sin N R tan VE e cos e cos R