惯性导航系统讲解
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第十章 惯性导航系统
§1 惯性导航系统组成和工作原理
1.
惯性导航系统定义
机相对与惯性空间的线运动和角运动参数，在给定的初 始条件下，通过导航计算机的积分运算，确定飞机的姿 态、方位、速度、位置，引导飞机沿区域导航航路飞行 的领航系统。
定义：惯性导航系统利用惯性元件（加速度计）测量飞
优点：①完全自主式的导航系统；
②系统校准后短时定位精度高。
缺点：存在积累误差，随时间定位精度逐渐降低。
2.分类：
平台式惯性导航系统（水平导航） 加速度计和陀螺仪安装在1～2个三轴陀螺稳定
平台上的惯性导航系统。 陀螺稳定平台 捷联式惯性导航系统（水平导航和垂直导航） 将陀螺和加速度计直接固联于机体上的惯性导 航系统。 数学平台
VOR/DME 有精确坐标的位置点（NDB台、机场上空、显著地标等）
wk.baidu.com
航站区域飞行：截获ILS前，可根据选定的电台提供非
精密导航操作。
惯导的其他功能
顺逆风显示 平行航线飞行 距离现在航迹400nm的范围内，利用惯性导航系 统可以执行平行偏离原航线飞行。使用自动驾驶 仪时，飞机自动转向偏离航线的平行航迹上。
飞行中
工作在导航（NAV）方式，引导飞机沿预定航线飞行， 向A/P、ADI输入飞机的俯仰、倾斜姿态和平台航向。 当飞机失去导航能力或不再需要惯性导航系统提供数据 时，可以使用ATT REF方式为飞机提供姿态参数。 滑行：监控真航迹角和滑行速度。 离场入航：选择起始航段 飞机沿预定航线飞行中，在航路点可以利用惯导系统自 动转换航段，也可以人工转换航段。 为扰飞雷雨或强顶风区，可以利用惯导修改飞行计划 位置更新：随着飞行时间的增长，惯性导航将产生积累 误差，每隔2～3小时需要通过引入检查点进行一次位置 更新
3.惯性导航系统组成 功能： ⑴测定导航/姿态参数
位置、地速、航迹角、偏航角、偏航距离 以及俯仰角、倾斜角和航向等
⑵制导
组成
惯性导航组件INU
完成导航参数的测量和计算 方式选择组件MSU 选择系统的工作状态 控制显示组件CDU 初始数值得引入、导航数据显示、 告警等 备用电池组件BU
6.
惯导系统的精度及特点
惯导系统精度：漂移误差0.001度/秒 惯导系统特点： （1）自主式导航系统，全球、全天候导航 （2）系统校准后短时定位精度高 （3）体积小，精度高，操作简便，可与航道HSI,FDS 交连直观显示飞机位置和飞行姿态。
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§2 惯性导航系统操作程序
飞行前
t
（三）姿态参数测量原理
惯性导航组件中的陀螺仪确定导航坐标系，当飞机俯仰、
倾斜或改变航向时，通过比较机体坐标系和导航坐标系， 就可以得出俯仰角、倾斜角和航向
5. 惯性导航系统的输入输出 导航参数：位置、地速、航迹角、偏航角、偏航 距离、风向、风速等，通过显示器显示给飞行员 或送到其他系统，比如水平状态指示器HSI，姿 态指引仪ADI，无线电距离磁指示器RDMI 飞机姿态参数：俯仰角、倾斜角和航向等,送到 PFD（Primary Flight Display）、ND(Navigation Display)、PFD、ADI等供飞行员参考，送到自动 驾驶系统，供飞管自动驾驶系统对飞行进行控制。
惯性导航系统的自校准 引入现在飞机位置（经纬度），对飞机进行校准 要求：校准过程中不能开车，移动。校准完成后不能断开 惯性导航系统电源。 引进航路导航计划（9个航路点） 依次引进航路点的经纬度坐标，人工编排飞行计划。 人工输入VOR/TAC台站的数据（9个） 经纬度坐标 频率 标高 磁差 检查航线数据 为防止编排的航线计划出错，可以使用遥控功能检查航线 距离、待飞时间和航线角
（二）导航参数测量原理
飞机位置计算原理
地速和航迹角
位置
GSSN aSN dt
0
t
X GSSN dt
0
t
GSEW aEW dt
0
t
Y GSEW dt
0
2
t
GS GSSN SGEW GSEW tanTTK GSSN
2
GSSN dt 0 0 R t GS EW secdt 0 0 R
检查飞行中的航线数据
单独提供姿态基准信号
ALIGN FAULT
ON DC
DC FAIL
ALIGN FAULT
ON DC
DC FAIL
4. 惯导的基本原理
(一) 平台工作原理
陀螺稳定平台是利用 陀螺的稳定性和进动 性直接或间接地使某 一物体对地球或惯性 空间保持给定位置或 按照给定规律改变起 始位置的一种陀螺装 置
图10.4 由三自由度陀螺组成的三轴稳定平台
§1 惯性导航系统组成和工作原理
1.
惯性导航系统定义
机相对与惯性空间的线运动和角运动参数，在给定的初 始条件下，通过导航计算机的积分运算，确定飞机的姿 态、方位、速度、位置，引导飞机沿区域导航航路飞行 的领航系统。
定义：惯性导航系统利用惯性元件（加速度计）测量飞
优点：①完全自主式的导航系统；
②系统校准后短时定位精度高。
缺点：存在积累误差，随时间定位精度逐渐降低。
2.分类：
平台式惯性导航系统（水平导航） 加速度计和陀螺仪安装在1～2个三轴陀螺稳定
平台上的惯性导航系统。 陀螺稳定平台 捷联式惯性导航系统（水平导航和垂直导航） 将陀螺和加速度计直接固联于机体上的惯性导 航系统。 数学平台
VOR/DME 有精确坐标的位置点（NDB台、机场上空、显著地标等）
wk.baidu.com
航站区域飞行：截获ILS前，可根据选定的电台提供非
精密导航操作。
惯导的其他功能
顺逆风显示 平行航线飞行 距离现在航迹400nm的范围内，利用惯性导航系 统可以执行平行偏离原航线飞行。使用自动驾驶 仪时，飞机自动转向偏离航线的平行航迹上。
飞行中
工作在导航（NAV）方式，引导飞机沿预定航线飞行， 向A/P、ADI输入飞机的俯仰、倾斜姿态和平台航向。 当飞机失去导航能力或不再需要惯性导航系统提供数据 时，可以使用ATT REF方式为飞机提供姿态参数。 滑行：监控真航迹角和滑行速度。 离场入航：选择起始航段 飞机沿预定航线飞行中，在航路点可以利用惯导系统自 动转换航段，也可以人工转换航段。 为扰飞雷雨或强顶风区，可以利用惯导修改飞行计划 位置更新：随着飞行时间的增长，惯性导航将产生积累 误差，每隔2～3小时需要通过引入检查点进行一次位置 更新
3.惯性导航系统组成 功能： ⑴测定导航/姿态参数
位置、地速、航迹角、偏航角、偏航距离 以及俯仰角、倾斜角和航向等
⑵制导
组成
惯性导航组件INU
完成导航参数的测量和计算 方式选择组件MSU 选择系统的工作状态 控制显示组件CDU 初始数值得引入、导航数据显示、 告警等 备用电池组件BU
6.
惯导系统的精度及特点
惯导系统精度：漂移误差0.001度/秒 惯导系统特点： （1）自主式导航系统，全球、全天候导航 （2）系统校准后短时定位精度高 （3）体积小，精度高，操作简便，可与航道HSI,FDS 交连直观显示飞机位置和飞行姿态。
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§2 惯性导航系统操作程序
飞行前
t
（三）姿态参数测量原理
惯性导航组件中的陀螺仪确定导航坐标系，当飞机俯仰、
倾斜或改变航向时，通过比较机体坐标系和导航坐标系， 就可以得出俯仰角、倾斜角和航向
5. 惯性导航系统的输入输出 导航参数：位置、地速、航迹角、偏航角、偏航 距离、风向、风速等，通过显示器显示给飞行员 或送到其他系统，比如水平状态指示器HSI，姿 态指引仪ADI，无线电距离磁指示器RDMI 飞机姿态参数：俯仰角、倾斜角和航向等,送到 PFD（Primary Flight Display）、ND(Navigation Display)、PFD、ADI等供飞行员参考，送到自动 驾驶系统，供飞管自动驾驶系统对飞行进行控制。
惯性导航系统的自校准 引入现在飞机位置（经纬度），对飞机进行校准 要求：校准过程中不能开车，移动。校准完成后不能断开 惯性导航系统电源。 引进航路导航计划（9个航路点） 依次引进航路点的经纬度坐标，人工编排飞行计划。 人工输入VOR/TAC台站的数据（9个） 经纬度坐标 频率 标高 磁差 检查航线数据 为防止编排的航线计划出错，可以使用遥控功能检查航线 距离、待飞时间和航线角
（二）导航参数测量原理
飞机位置计算原理
地速和航迹角
位置
GSSN aSN dt
0
t
X GSSN dt
0
t
GSEW aEW dt
0
t
Y GSEW dt
0
2
t
GS GSSN SGEW GSEW tanTTK GSSN
2
GSSN dt 0 0 R t GS EW secdt 0 0 R
检查飞行中的航线数据
单独提供姿态基准信号
ALIGN FAULT
ON DC
DC FAIL
ALIGN FAULT
ON DC
DC FAIL
4. 惯导的基本原理
(一) 平台工作原理
陀螺稳定平台是利用 陀螺的稳定性和进动 性直接或间接地使某 一物体对地球或惯性 空间保持给定位置或 按照给定规律改变起 始位置的一种陀螺装 置
图10.4 由三自由度陀螺组成的三轴稳定平台