捷联惯性导航系统的解算方法ppt课件

2010-03-19
等效转动矢量法
13
3.2 姿态矩阵的计算
3.2.1 欧拉角法 3.2.2 方向余弦法 3.2.3 四元数法 3.2.4 等效转动矢量法
2010-03-19
3.2.1 欧拉角法
一个动坐标系相对参考坐标系的方位，完全可以由动坐 标系依次绕3个不同的轴转动的3个转角来确定。
P, R,
H, E N
L,V ,V
根据捷联式惯导的应用和功能要求不同，计算的内容和要 求，有很大的差别。常有
SINS——Strapdown Inertial Navigation Systems SVRU—— Strapdown Vertical Reference Uint SAHRS——Strapdown Attitude and Heading Reference Systems IMU——Inertial measurement Unit
通过自检测，发现有不正常，则发出告警信息 (或 故障码)。系统的自检测是保证系统进入导航 状态 后能正常工作、提高系统可靠性的措施。
2010-03-19
为何要初始化？
（2）系统初始化
给定载体（舰船、飞行器、车辆等）的初始位置 （经度和纬度）和初始速度等初始信息。
导航平台的初始对准 平台式 用物理的方法来实现
Cnb
2
cos H
R
cos H cos
sin P P sin
sin
R
sin
sin R cos HH sin P cos R sin
H
cos R sin H sin P sin R cos H
cos P cos H sin R sin H sin P cos R cos
R
YYbb''
.
Yb
如把OXbYbZb作为动坐标系， ENU作为参考坐标系，则航向 角H，纵摇角（俯仰角）P和横 摇角（横滚角、倾斜角）R。就 是一组欧拉角。
Zb Zb'' U Zb' P
欧拉角没有严格的定义，根 据
需要，可以选用不同的欧拉 角
组。第一次转动，可以绕三 个
轴中的任一个转动，故有3种 可
能，第二次有2种可能，第三 次
2010-03-19
接联式惯导的算法的基本内容
（1）系统的启动和自检 测 （2）系统初始化 （3）惯性仪表的误差补 偿 （4）姿态矩阵的计算 （5）导航计算 （6）制导和控制信息的 提取
2010-03-19
（1）系统的启动和自检测
系统启动后，各个部分的工作是否正常，要 通 过自检测程序加以检测，其中包括电源、惯 性仪 表、计算机以及计算机软件。
导 航 计算 机
H
Pt
R
VE VN
ibb
捷联式惯
f ibb
导算法
P, R, H
,
L,VE ,VN
捷联式惯导航系统是一个信息处理系统，就是将载体上安装的惯性 仪表所测量的载体运动信息，经过计算处理成所需要的导航信息。
2010-03-19
3
捷联式惯性导航系统=信息处理系统
ibb
fibb
捷联式惯 导算法
H
'
N
16
cos P sin
''
Y bZb''
1 00 －
0
cos P v- sYinbP
0 sin
P
X
' b
'
cos
P___
Z
' b
CP
b cos R
XYb
b Z
sin vR－
0 0
1
sin 0
R X Yb
''
b ''
0
cos
R___Z
'' b
CR
ER
Xb
Xb '
''
Xb
O
P .
HPR
010-03-19
2010-03-19
（6）制导和控制信息的提取
制导和控制信息的提取，载体的姿态既可用来 显示也是控制系统最基本的控制信息。 此外，载体的角速度和线速度信息也都是控制 载体所需要的信息。 这些信息可以从姿态矩阵的元素和陀螺加速度 计的输出中提取出来。
2010-03-19
2010-03-19
捷联式惯导系统算法流程图
启动
自检 测
初始 化
返回9
姿态
迭 数
代
次阵计 算
N O
YES
导 航 计 控 制 信 息算提 取
3.2 姿态矩阵的计算
捷联式惯导中，载体地理位置就是地理坐标系相对 地球坐标系的方位。而载体的姿态和航向则是载体 坐标系相对于地理坐标系的方位关系。确定两个坐 标系的方位关系问题，是力学中的刚体定点转到理 论。在刚体定点转动理论中，描述动坐标系相对参 考坐标系方位关系的方法有多种。
惯性导航系统原理
3 捷联式惯导系统 程向红 2010.03.19
3 捷联式惯导系统
3.1 捷联式惯导算法概述 3.2 姿态矩阵的计算 3.3 姿态矩阵计算机执行算法
2010-03-19
2
3.1 捷联式惯导算初法始条概件 述
加速度计组
SFb
陀 螺仪组 ibb
Cbn
SFn inb
姿态矩 阵 计 算
三参数法 欧拉角法 ，是欧拉在1776年提出的。
四元数法。威廉.哈密顿(William Hamilton) 四参数法 1在843年发明的，首先在数学中引入四元数，以
后用在刚体定位问题。凯里.克莱茵（CayleyKlein）参数法，是在1897年提出的。 九参数法 基于方向余弦的概念，也称 方向余弦法。
也有2种可能。总共有12种可 能。
ER
Xb'' Xb'
Xb
2010-03-19
H. R.
O
P.
Yb'' Yb Yb'
H N
用欧拉角表示的姿态矩阵
Xb'
Y
' b
Z
' b
cos H sin H
sin H cos
0 H0
－
v-
CH
___
0 E
0 N
1U
Zb
Zb
''
U Zb'
P
H .
X b''
惯性仪表的校准 Calibration
捷联式 姿态矩阵的初始值 陀螺仪
标度系数 漂移 进行测定 加速度计 偏置
2010-03-19
（3）惯性仪表的误差补偿
对捷联式惯导系统来说，由于惯性仪表直接安装 在载体上，因此，载体的线运动和角运动都引起 较大的误差。 为了保证系统的精度，必须对惯性仪表的误差进 行 补偿，最好的补偿方法是计算机补偿。 在计算机中通过专用的软件来实现误差补偿。
2010-03-19
百度文库
（4）姿态矩阵的计算
姿态矩阵的计算是捷联式惯导算法中最重要的一 部分，也是捷联式系统所特有的。 不管捷联式惯导应用和功能要求如何，姿态矩阵 的计算却是不可少的。姿态矩阵算法是本章重点 讨论的内容。
2010-03-19
（5）导航计算
导航计算就是把加速度计的输出信息变换到导航坐 标系，然后，计算载体速度、位置等导航信息。