03-导航学(第三章)惯性导航系统.

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§ 3.2 平台式惯导系统的基本原理
3.2.1 平台式惯导系统的基本组成
由下图可见，一组加速度计安装在惯性平台上，为导航计算机的计 算提供加速度信息。导航计算机根据加速度信息和由控制台给定的初始 条件进行导航计算，得出载体的运动参数及导航参数，一方面送去显示 器显示，一方面形成对平台的指令角速率信息，施加给平台上的一组陀 螺仪，再通过平台的稳定回路控制平台精确跟踪选定的导航坐标系。此 外，从平台框架轴上的角传感器可以获得载体的姿态信息并送往显示器 显示。
L L0 vx dt 0 R t vy
t
0
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0
R cos L
dt
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§ 3.1 概 述(2013-11-22)
• 惯性导航系统通常由以下几个部分组成：
– – – 加速度计 用来测量载体运动的加速度。 惯导平台 模拟一个导航坐标系。 导航计算机 完成导航计算和平台跟踪回路中 指令角速度信号的计算。 – 控制显示器 给定初始参数及系统需要的其他 参数，显示各种导航信息。
3.2.1 平台式惯导系统的基本组成
2、空间稳定惯导系统
这种系统的导航坐标系为惯性坐标系(用i来标识)， 一般采用原点定在地心的惯性坐标系。z轴与地 轴重合指向北极，x、y轴处于地球赤道平面内， 但不随地球转动。 与当地水平面惯导系统相比，平台所取的空间方 位不能把运动加速度和重力加速度分离开，而要 依靠计算机进行补偿。
加速度信息 加速度计 陀螺施矩信息 导航计算机 速度信息 位置信息 控制显示
平台式惯导系统 原理框图
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陀螺仪
稳定回路 惯导平台 控制平台信息
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§ 3.2 平台式惯导系统的基本原理
3.2.1 平台式惯导系统的基本组成
• 左图给出了平台式惯导系统的组成 结构图。 • 图中所示的惯性平台是由三个单自 由度陀螺组成的三环平台。沿三个 平台轴线分别安装三个加速度计， 分别测得各轴分量，此信号送给导 航计算机，经过计算和补偿，最后 可求得载体的即时地速、即时位置 等导航参数；同时各轴陀螺相对惯 性空间有转动角速度，计算机算出 的三轴分量并变为电信号后加给平 台上相应的三个陀螺控制轴的力矩 器，使惯导平台与当地水平面一致， 另外计算机还向显示器输出当前的 姿态。
y
ax
vy 0
y0
ຫໍສະໝຸດ Baidu
vx 0

x0
y
图3.1 惯性导航原理图
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Ay
Ax
x
ay


x
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§ 3.1 概 述
vx vx 0 ax dt
0 t
x x0 vx dt
0
t
v y v y 0 a y dt
0
t
y y0 v y dt
0
t
在实际的惯导系统中，载体的位置一般都用地理经纬 度L和 来表示。如果x轴指北，y轴指东，R表示地球 半径，则用经纬度表示的载体位置为：
捷联惯导系统原理方块图
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内容提纲
§3.1、概述 3.2、平台式惯导系统的基本原理 §3.3、捷联式惯导系统的工作原理 §3.4、惯性导航系统的误差分析 §3.5、惯性导航系统的初始对准
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§ 3.2 平台式惯导系统的基本原理
3.2.1 平台式惯导系统的基本组成
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§ 3.2 平台式惯导系统的基本原理
3.2.1 平台式惯导系统的基本组成
平台式惯导系统按所选定的导航坐标系的不同又可 分为：
1．当地水平面惯性导航系统
这种系统的导航坐标系是一种当地水平坐标系，也是前 面所说的地理坐标系，即平台系的两个轴x轴及y轴保持在水 平面内，z轴与地垂线相重合。 由于两个水平轴可指向不同的方位，故这种系统又可分为：
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§ 3.1 概 述
惯性导航的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础， 利用一组加速度计连续的进行测量，而后从中提取运 动载体相对某一选定的导航坐标系的加速度信息； 通过一次积分运算（载体的初始速度已知）便得到载 体相对导航坐标系的即时速度信息；再通过一次积分 运算（载体初始位置已知）便又得到载体相对导航坐 标系的即时位置信息。
(1)指北方位惯导系统。这种系统在工作时x轴指向地理东向（E）， y轴指向地理北向（N），即平台系模拟当地地理坐标系(用g来标识)。 (2)自由方位惯导系统。在系统工作中，平台y轴不跟踪地理北向而 是与北向夹某个角度，称自由方位角。
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§ 3.2 平台式惯导系统的基本原理
第三章 惯性导航系统
教授：魏二虎
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内容提纲
3.1、概述 §3.2、平台式惯导系统的基本原理 §3.3、捷联式惯导系统的工作原理 §3.4、惯性导航系统的误差分析 §3.5、惯性导航系统的初始对准
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§ 3.1 概 述
惯性导航是一种自主式的导航方式。 它完全依靠机载设备自主地完成导航任务，和外 界不发生任何光、电联系，因此隐蔽性好，工作 不受气象条件的限制。 是航天、航空和航海领域中广泛使用的主要导航 方法，在导航技术中占有突出的地位。
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§ 3.1 概 述
• 从结构上来说，可把惯导分成两大类：
– 一类是平台式惯导；在平台式惯导中，以实体的陀 螺稳定平台确定的平台坐标系来精确地模拟某一选 定的导航坐标系，从而获得所需的导航数据。
平台惯导系统原理方块图
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§ 3.1 概 述
– 另一类是捷联式惯导；在捷联式惯导中则通 过计算机实现的数学平台来替代实体平台， 由此带来的好处是可靠性高、体积小和价格 便宜。
平台式惯导系统的核心是惯性级的陀螺稳定平台。三 个加速度计的敏感轴分别沿三个坐标轴的正向安装， 测得载体的加速度信息就体现为比力在平台坐标系中 的三个分量。 通过必要的计算和补偿，可从提取出载体相对导航坐 标系的加速度矢量的三个分量。再通过两次积分，可 得到载体相对导航坐标系的速度和位置。
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§ 3.2 平台式惯导系统的基本原理