惯导系统的初始对准
惯导初始对准原理
惯导初始对准原理
为了满足载体在运动过程中保持相对静止的要求，惯性导航系统必须提供精确的初始位置和姿态信息，初始对准就是将载体运动过程中产生的姿态信息和导航系统输出的方位信息进行匹配，以得到载体运动方向。
初始对准在惯性导航系统中占有重要地位，是保证惯性导航系统精度的关键环节之一。
初始对准是指将惯性导航系统输出的速度、位置、姿态信息进行匹配，使载体运动过程中产生的姿态和速度信息在惯性器件中具有一一对应的关系。
初始对准的过程也就是进行载体运动误差补偿的过程。
载体运动误差补偿的方法有很多种，最常用也是最直接的方法是采用基于运动学理论的算法进行补偿，通常采用矢量滤波技术和线性化技术进行误差补偿。
惯性导航系统初始对准时，首先需要对载体上安装的各种陀螺仪和加速度计进行校准。
校准工作完成后，就可以根据系统输出的初始速度、初始位置信息以及各轴上安装位置误差情况对惯性导航系统进行初始对准了。
—— 1 —1 —。
动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究
动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究
动基座条件下的舰载武器捷联惯导系统是一种在舰船运动状态下，以保持惯性指向和识别目标为目的的系统。
该系统的初始对准过程是指将系统的惯性测量单元与导航系统之间的误差降至最小，从而使系统能够准确识别并跟踪目标。
在动基座条件下，舰船的运动状态变化动态而复杂，因此要想实现良好的初始对准，就需要了解舰船的运动特性，并将这些特性结合进捷联惯导系统的设计中去。
首先，我们需要了解舰船的运动状态，包括船舶的姿态变化、速度变化以及加速度变化等。
在了解了这些运动特性后，我们可以考虑采用多传感器融合技术，以及基于数学模型和运动学原理的方法来实现初始对准。
具体来说，可以采用多传感器融合技术来获得更加准确的位置、姿态和速度信息。
这些传感器包括GPS、陀螺仪、加速度计、速度计等，在运动状态下可以精确地测量船舶的姿态、速度和加速度等信息，并将这些信息传递给捷联惯导系统。
同时，基于数学模型和运动学原理的方法也是实现初始对准的重要手段。
可以采用卡尔曼滤波器等算法，对船舶的运动状态进行估计和校正，并将修正后的位置、姿态和速度信息传递给捷联惯导系统。
在初始对准的过程中，还需要考虑传感器的精度和误差，采用合适的精度控制和误差补偿方法，以确保初始对准的准确性和可靠性。
总之，动基座条件下舰载武器的捷联惯导系统初始对准是一个复杂而又关键的过程，需要综合运用多种技术手段，以确保精度和可靠性。
只有在实现良好的初始对准后，才能使系统更好地识别目标、跟踪目标并准确打击目标。
2.捷联惯导系统初始对准——【惯性导航系统】
古典控制理论设计法、参数辨识法、卡尔曼滤波法 等。
‹#
精对准思路
‹#
精对准误差方程简化
x
Vg epy
R
z cos
ysin
g x
y
Vegpx
R
sin
x sin
g y
x
Vg epy
R
z cos
g x
wdx
y
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R
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z
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R
tg
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x cos
g z
z
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‹#
0
cos
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g
1
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gp
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Cbp
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T
wb T ib
rp
T
f b ωibb
T
另：
gb T g p T
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T
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1 T
T
0
f
p x
g
dt
z
1 T
T 0
w p ibx
cos
f
p x
g
tg
dt
粗对准精度一般在数角分至数十角分，视基座晃动大小。 方位对准精度受基座运动干扰更大，且高纬度地区误差大。
‹#
四、精对准
目的：
在基座存在晃动干扰时，精确修正姿态矩阵。
思路：
在粗对准基础上，通过对惯性器件的输出和重力加 速度、地球自转角速度信息进行滤波，精确地确定姿 态矩阵。
惯导 惯性导航系统的初始对准资料
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
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
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？
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
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
Байду номын сангаас
R V N e cos e sin E R VE sin sin e e N R tan VE e cos e cos R
为计算值与真 实值的之差
动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究
动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究1. 引言1.1 研究背景传统的捷联惯导系统在动基座条件下存在着诸多挑战，如基座的姿态变化、振动等因素会影响系统的捷联性能和初始对准精度。
研究动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准成为当前研究领域中的一个重要课题。
为了提高舰载武器系统的精确打击能力和战场生存能力，有必要深入研究动基座条件下捷联惯导系统的初始对准问题，探讨解决方案，优化系统性能。
这不仅对提升我国的军事实力具有重要意义，还对推动捷联惯导技术的发展和应用具有重要意义。
开展动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究具有重要的实践意义和战略意义。
1.2 研究意义本研究旨在探究动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准的问题，具有重要的实际意义和军事价值。
通过对捷联惯导系统的研究，可以提高舰载武器的打击精度和命中率，从而提升海军舰队的作战效能。
研究动基座条件下的挑战和解决方案，对于提升我国军事科技水平具有重要意义。
随着军事技术的不断发展和更新换代，对舰载武器系统的研究和改进势在必行，本研究将为我国海军现代化建设提供重要的技术支持。
本研究具有重要的实际意义和战略意义，对于提高海军舰队的作战效能和保障国家安全具有重要意义。
【内容结束】2. 正文2.1 动基座条件下舰载武器捷联惯导系统简介动基座条件下舰载武器捷联惯导系统是一种集成了捷联惯导技术的舰载武器系统，在对抗复杂环境下能够实现高精度打击目标的能力。
该系统由动基座、惯导系统和传感器组成，可以实现对目标的精确识别、跟踪和打击。
动基座可以根据目标的运动状态和环境变化实时调整武器的姿态，从而提高武器的打击精度和生存能力。
捷联惯导系统则能够利用惯性传感器和GPS等技术实现对目标的精确定位和引导，确保武器能够准确命中目标。
动基座条件下舰载武器捷联惯导系统是一种先进的武器系统，具有高度的精度和灵活性，能够有效应对复杂多变的作战环境，对提高舰载武器的作战效能具有重要意义。
惯导
静基座对准：
通常是在运载体相对地面静止的状态下进行的。民航 中指飞机停在机场这一情况。
动基座对准：
通常是在运载体运动状态下进行的。
惯导初始对准任务： 1.确定初始条件 2.平于运载体导航和武器弹药中的制导，还是用于观通系统与火 控系统的航向姿态基准，均要求初始对准保证必需的准确性与快速性。用于舰船 和飞机的惯导系统，对准时间可略长些，如装备民航飞机的惯导系统的对准时间 容许为15~20min。平台式惯导系统的水平对准精度达到1s以内，方位对准精度 达2~5s以内。 为了达到初始对准精而快的要求，陀螺仪与加速度计必需具有足够高的精度和 稳定性，对外界的干扰不敏感。
初始对准与GPS：
惯性导航系统的运行需要同时求解2 个水平位置（有时还有惯性指示高度）和3 个 姿态角，共5 个二阶微分方程。 因此，需要设定10 个初始条件。同时，惯性导航系统的精度还取决于惯性测量单 元的精度，特别是陀螺仪的漂移误差将 产生随时间增长的惯性位置指示误差。因此，常常需要在系统启动阶段对陀螺仪 的误差模型系数重新标定，以便在系统 运行时加以精确实时补偿。为此，惯性导航系统运行前必须进行初始对准与标定。
惯导初始对准分类：
1.按基座的运动状态来分可分为静基座对准和动 基座对准。 2.按对准的阶段来分可分为两个阶段：第一阶段 为粗对准，对平台进行水平与方位粗调，要求尽快 的将平台对准在一定精度的范围内为后续的对准提 供基础，所以要求速度快，精度可以低一些。第二 阶段为精对准，是在粗对准的基础上进行的，要求 在保证对准精度的前提下尽量快。
1.惯性导航系统初始对准 概述 2.惯性导航系统初始对准 要求 3.惯性导航系统初始对准 方法 4.惯性导航系统初始对准 与GPS的结合 及应用 5.惯性导航系统初始对准 发展
动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究
动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究一、动基座条件下的问题分析在海上任何一艘舰船都存在着由于波浪、船体摆动和舰船本身的推进力等因素所导致的运动，而这些运动将直接影响到舰载武器系统的稳定性和精度。
在这种动力基座条件下，捷联惯导系统的初始对准将受到严重干扰，导致其无法准确掌握舰船的运动状态，进而影响到导航和制导的准确性。
动基座条件下的舰载武器捷联惯导系统初始对准问题必须得到解决。
1. 舰船运动状态：舰船在海上运动时受到波浪和风力等自然因素的影响，产生摇摆和滚动等运动状态，这将直接影响到捷联惯导系统的初始对准精度。
2. 推进力对舰船的影响：舰船本身的推进力将会导致舰船产生加速度和角速度的变化，这种加速度和角速度的变化将使得捷联惯导系统对舰船的运动状态无法准确掌握。
3. 舰载武器系统的位置：舰载武器系统的位置对于捷联惯导系统的初始对准精度也有重要影响，因为不同位置的舰载武器系统受到的舰船运动状态影响也各不相同。
在动基座条件下，为了解决舰载武器捷联惯导系统的初始对准问题，可以采取以下几种方法：1. 舰船运动状态补偿：利用传感器和数据融合技术，准确捕捉舰船的运动状态，并将这些状态信息补偿到捷联惯导系统中，以保证其能够准确反映舰船的运动状态。
2. 捷联惯导系统动态校准：通过持续的动态校准，及时修正舰船的运动状态对捷联惯导系统的影响，保证其始终处于准确稳定的状态。
3. 采用惯导系统的组合导航：通过惯导系统的组合导航技术，将GPS/北斗导航系统和惯导系统相结合，降低舰船运动状态对捷联惯导系统的影响。
4. 舰载武器系统位置优化：通过合理设计和布置舰载武器系统的位置，最大限度地减少舰船运动状态对捷联惯导系统的影响。
四、实验验证与效果分析为了对以上提出的动基座条件下的对准方法进行实验验证，我们利用仿真系统进行了一系列的实验验证，并对结果进行了效果分析。
在实验中，通过对不同舰船运动状态的模拟，我们发现采用舰船运动状态补偿和动态校准方法能够有效地提高捷联惯导系统的初始对准精度，较好地解决了舰船运动状态对捷联惯导系统的影响。
捷联式惯导系统初始对准方法研究
捷联式惯导系统初始对准方法研究一、本文概述随着导航技术的不断发展，捷联式惯导系统（StrapdownInertial Navigation System, SINS）已成为现代导航领域的重要分支。
由于其具有自主性强、隐蔽性好、不受外界电磁干扰等优点，被广泛应用于军事、航空、航天、航海等领域。
然而，捷联式惯导系统的初始对准问题是其实际应用中的一大难题。
初始对准精度的高低直接影响到系统的导航精度和稳定性。
因此，研究捷联式惯导系统的初始对准方法具有重要意义。
本文旨在深入研究和探讨捷联式惯导系统的初始对准方法。
对捷联式惯导系统的基本原理和组成进行简要介绍，为后续研究奠定基础。
对初始对准的定义、目的和重要性进行阐述，明确研究的重要性和方向。
接着，重点分析现有初始对准方法的优缺点，包括传统的静基座对准、动基座对准以及近年来兴起的智能对准方法等。
在此基础上，提出一种新型的初始对准方法，并对其进行详细的理论分析和仿真验证。
通过实验验证所提方法的有效性和优越性，为捷联式惯导系统的实际应用提供有力支持。
本文的研究内容对于提高捷联式惯导系统的初始对准精度、增强其导航性能和稳定性具有重要意义。
所提出的新型初始对准方法有望为相关领域的研究提供新的思路和方向。
二、捷联式惯导系统初始对准理论基础捷联式惯导系统（Strapdown Inertial Navigation System，SINS）的初始对准是其正常工作的前提，对于提高导航精度和长期稳定性具有重要意义。
初始对准的主要目的是确定惯导系统载体在导航坐标系中的初始姿态，以便为后续的导航计算提供准确的基准。
捷联式惯导系统的初始对准过程涉及多个理论基础知识，包括载体运动学、动力学模型、误差分析以及滤波算法等。
载体运动学模型描述了载体在三维空间中的姿态、速度和位置变化，是初始对准过程中姿态解算的基础。
动力学模型则用于描述载体在受到外力作用下的动态行为，为误差分析提供了依据。
在初始对准过程中，误差分析是至关重要的。
捷联惯导的初始对准
目前有关初始对准问题的研究 主要集中在误差模型的建立、模 型求解方法和误差模型的可观性 分析三个方面。
1.初始对准误差模型：
捷联惯导系统初始对准的误差模型及常用 算法研究的基础模型有Ψ角误差模型和Φ角误 差模型。
2.求解误差模型的方法： (1)古典方法 (2) Kalman滤波 (3) H∞鲁棒控制理论 (4)神经网络
图２中，常规方法约２００ｓ的 时间δΦＵ才能收敛理论精度εＥ／ ΩＮ附近，而快速算法用约５０ｓ 的时间δΦＵ就能收敛到εＥ／ΩＮ。 由于εＥ具有很小的可观测度，使 得δΦＵ随着时间推移会逐渐下降， 但是对对准精度影响不明显。仿真 实验结果说明该快速算法与常规算 法的精度相当，而ΦＵ估计速度大 大优于常规算法，有效提法的精度相当，而对准时间 大大优于常规算法。
1、捷联惯导系统初始对准技术综述（ 作者：洪慧慧 李杰 马幸 曲芸 ） 2、一种新的捷联惯导快速对准方法 黄湘远，汤霞清，郭理彬 （装甲兵工程学院，北京 １０００７２） 3、 万德钧，房建成．惯性导航初始对准［Ｍ］．南京：东南大 学出版社，１９９８． ［２］ 徐晓苏，孙学慧，扶文树．弹载捷联惯导系统快速两位置 自对准［Ｊ］．中国惯性技术学报，２００７，１５（２）：１３９ －１４２． 4、 ＺＨＡＮＧ Ｔｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｂｏ．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｏｂｓｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ＳＩＮＳ／ＧＰＳ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ５ｔｈ Ｗ ｏｒｌｄ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏ ｎ，ＩＥＥＥ，２００４：１５８４ －１５８７．
5、 秦永元．惯性导航［Ｍ］．北京：科学出版社，２００６． 6、 高伟熙，缪玲娟，倪茂林．一种引入陀螺角速度信息的快 速对准方法［Ｊ］．宇航学报，２０１０，３１（６）：１５９７ －１６０１． 7、 熊剑，刘建业，赖际舟，等．一种陀螺量测信息辅助的快 速初始对准方法［Ｊ］．宇航学报，２００９，３０ （４）：１４ ５５－１４５９． 8、 汪滔，吴文启，曹聚亮，等．基于转动的光纤陀螺捷联系 统初始对准研究［Ｊ］．压电与声光，２００７，２９（５）：５ １９－５２２．
惯导惯性导航系统初始对准
E
VE
R
e sin
N
tan
R
VE
e
cos
惯导惯性导航系统初始对准
静基座惯导系统误差方程
对应的方块图为
惯导惯性导航系统初始对准
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
惯导惯性导航系统初始对准
单回路的初始对准
水平对准 方位对准
惯导惯性导航系统初始对准
惯导惯性导航系统初始对准
单回路的初始对准—水平精对准
得到简化后的方块图为
惯导惯性导航系统初始对准
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
惯导惯性导航系统初始对准
单回路的初始对准—水平精对准
惯导惯性导航系统初始对准
陀螺漂移的测定—水平陀螺漂移 的测定
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。
惯导惯性导航系统初始对准
捷联式惯导系统的初始对准
解析粗对准原理
V N R
VN R
e cos
e sin
E
VE R
e sin
e sin
N
tan R
VE
e cos
e cos
若：假定载体 所在地的纬 度是准确知 道的
则： 0
导航学-导航学3-7-精品文档21页
b ib
）实现完全自对准的方法。
在静基座条件下，有
L eL
0
，
b Lb
0 ，V b
0，
地球自转角速度
L ie
、重力
g
L
、测站纬度 。
均为已知。
而陀螺仪和加速度计的输出是
b ibb ieb eLb Lbb ieC L b iL e
fb ibVb(2b ieb eb)VbgbgbC L bgL
惯导系统初始对准
一、惯导系统初始对准概述 二、惯导系统的静基座初始对准
一、惯导系统初始对准概述
1.1 初始对准的必要性
加速度计
a
∫V
∫P
Z
∫ ,,
Y
X
积分运算必须知道
初始值！
一、惯导系统初始对准概述
1.2 初始对准的分类
粗对准
精对准
自主对准
对准阶段
静基座
对外信息 的需求
初始对准
基座 运动状态
非自主 对准
（1）采用KALMAN滤波进行初始对准，就是将平台误差角 ΨN，ΨE，ΨD从随机误差和随机干扰中估计出来， 通过系统的校正使平台坐标系与导航坐标系对准；
（2）同时，尽可能估计出陀螺漂移和加速度计偏置；
（3）时间不长，因此陀螺漂移和加速度计偏置可看作常值；
（4）根据分离定理，对随机系统和最优估计和最优控制 可以分开单独考虑，故可用卡尔曼滤波器对平台误差 角及惯性仪表的误差进行单独研究。
(Rb)T
条件：
Wien 和 g n 不共线
0 A 0
iecos
0
iegcos
giecos 0
0
方案二. 由加速度计信号进行水平自对准
捷联惯性导航系统初始对准原理
第二章捷联惯导系统的初试对准2.1引言惯导系统是一种自主式导航系统。
它不需要任何人为的外部信息，只要给定导航的初始条件（例如初始速度、位置等），便可根据系统中的惯性敏感元件测量的比力和角速率通过计算机实时地计算出各种导航参数。
由于“平台”是测量比力的基准，因此“平台”的初始对准就非常重要。
对于平台惯导系统，初试对准的任务就是要将平台调整在给定的导航坐标系的方向上。
若采用游动方位系统，则需要将平台调水平---称为水平对准，并将平台的方位角调至某个方位角处---称为方位对准。
对于捷联惯导系统，由于捷联矩阵T起到了平台的作用，因此导航工作一开始就需要获得捷联矩阵T的初始值，以便完成导航的任务。
显然捷联惯导系统的初始对准就是确定捷联矩阵的初始值。
在静基座条件下，捷联惯导系统的加ω。
因此b g及速度计的输入量为---b g，陀螺的输入量为地球自转角速率bie bω就成为初始对准的基准。
将陀螺及加速度计的输入引出计算机，通过计ie算机就可以计算出捷联矩阵T的初始值。
由以上的分析可以看出，陀螺及加速度计的误差会导致对准误差；对准飞行器的干扰运动也是产生对准误差的重要因素。
因此滤波技术对捷联系统尤其重要。
由于初始对准的误差将会对捷联惯导系统的工作造成难以消除的影响，因此研究初始对准的误差传播方程也是非常必要的。
2.2 捷联惯导系统的基本工作原理捷联式惯性导航系统，陀螺仪和加速度计直接及载体固联，加速度计测量是载体坐标系轴向比力，只要把这个比力转换到导航坐标系上，则其它计算就及平台式惯性导航系统一样，而比力转换的关键就是要实时地进C，姿态矩阵也称行姿态基准计算来提供数学平台，即实时更新姿态矩阵nbC也可表为捷联矩阵。
一般选择地理坐标系为导航坐标系，那么捷联矩阵nb C，其导航原理图如图2.1所示。
示为tb由惯导系统的工作原理可以看出，捷联式惯性导航系统有以下几个主要优点: 1.惯性敏感器便于安装、维修和更换。
2.惯性敏感器可以直接给出舰船坐标系轴向的线加速度、线速度，供给舰船稳定控制系统和武备控制系统。
初始对准总结
一、初始对准惯导系统初始对准就是确定参考导航坐标系的一个过程。
惯导系统刚上电启动时，其载体坐标系相对于参考导航坐标系的各轴指向完全未知或不够精确，无法立即进入导航状态, 因此必须先确定载体坐标系相对于导航坐标系的空间方位，从惯导的角度看这等效于寻找参考导航坐标系的一个过程。
以地理坐标系作为参考坐标系为例，它的三轴指向分别是东向、北向和天向，其中天向是根据重力加速度定义的，有了天向也就等效于确定了水平面，在水平面上寻找东向和北向需要测定地球自转信息，因为北向是根据地球自转轴定义的。
重力加速度和地球自转角速度是惯导自对准的外界参考信息1、粗对准1.1解析粗对准初始对准一般是在运载体对地静止的环境下进行的，即运载体相对地面既没有明显的线运动也没有角运动，且对准地点处的地理位置准确已知，也就是说重力矢量和地球自转角速度矢量在地理坐标系（初始对准参考坐标系）的分量准确已知，如下■ O ^O" 0 'g n =O' 说= ωie cos L—%_-g-ωie sin£ωv实际惯导系统中陀螺和加速度计测量到的分别是重力矢量和地球自转角速度在载体系下的投影，但有时会存在角晃动和线晃动干扰影响，并且还存在加速度计测量误差和陀螺测量误差。
假设姿态阵为c；,则有如下惯导角速度关系及比力方程c bω"b = % =ωie + ωen+β4*C"*（2叱+嗯）χ∕ + g”由于粗对准是在静基座条件下完成，忽略由线运动引起的部分量和Q媒+%）χ∕,且考虑陀螺仪和加速度计的测量误差，近似估计为选择-g”作为主参考矢量（因为在静止状态下g相对于W更加重要），之后进行一个姿态阵估计a= (H) (H)X说(H)X说X") Zr×⅞ Tb一［∣(H)I I(H)X说I I(H)X说X(H)U IZXl1.2间接粗对准首先要定义两个重要的惯性坐标系。
①初始时刻载体惯性系（60）：与初始对准开始瞬时的载体坐标系（b系）重合，随后相对于惯性空间无转动；②初始时刻导航惯性系（名）: 与初始对准开始瞬时的导航坐标系（n系，即地理坐标系）重合，随后相对于惯性空间无转动。
卡尔曼滤波与组合导航原理—初始对准
.
27
2.3 惯导系统的误差方程
静基座初始对准时，位置和垂直方向速度可准确知道 惯导系统的误差方程可简化为：
rN 0 siL n L
1
0
0
0
0
0 rN 0
rE
rV D N
sL iL nc0oLsc0oLs
g/R 0
0
0 0 0
1
0
(2)siL n
0
1 L
0
0
0
0
0
fD
0 rE 0
0 fE
rV D N
惯导系统的Ψ角误差方程：
惯导系统的误差模型可由下列3个基本方程表示：
V V f g
r rV
（2.3.1）
• δV、r和Ψ分别为速度、位置和姿态矢量
• Ω为地球自转角速度
• ω为导航坐标系相对惯性坐标系的角速度矢量
• ▽是加速度计常值偏值，ε是陀螺常值漂移
• f是比力，△g是重力矢量计算误差，
静基座条件下速度误差方程：
速度误差定义为计算速度与真实速度之差
V N 2 sL iV E n E g N
V E 2 sL iV n N N g E
静基座条件下位置误差方程：
（2.3.9）
L
1 R
VN
VE secL
R
.
32
2.3 惯导系统的误差方程
最终可得，平台惯导系统的Φ角误差方程： 不考虑δλ平台惯导系统的Φ角误差方程可简化为：
可以证明两种模型是等价的！
.
23
2.3 惯导系统的误差方程
描述惯导系统误差特性的微分方程可分为：
两种
平动误差方程 表示形式
变量取为位置误差 变量取为速度误差
光学捷联惯导系统初始对准教程课件
基于滤波理论的初始对准方法
概述
基于滤波理论的初始对准方法主要利用滤波 算法对系统状态进行估计，通过最优估计来 达到初始对准的目的。
优点
滤波算法相对简单，易于实现，且具有一定的鲁棒 性。
缺点
对于非线性系统，滤波算法的精度和稳定性 可能受到影响。
基于机器学习的初始对准方法
概述
基于机器学习的初始对准方法主要利用机器学习算 法对系统状态进行预测和估计，通过学习来达到初 始对准的目的。
优点
机器学习算法可以处理大规模数据，且具有较强的 自适应能力。
缺点机器学习算法的训练和优化过程较复杂，且需要 大量的数据支持。
04
光学捷联惯导系统初始对准实验
实验设备与环境
实验设备
光学捷联惯导系统、计算机、数据采 集卡、电源等。
实验环境
室内、室外均可，需要保证环境光线 的充足，避免强光直射。
实验步骤与操作流程
02 精1. 度分和析稳系定统性输；出的姿态角、速度等数据的
03
2. 比较不同初始条件下系统输出的差异；
04
3. 分析系统误差来源，提出改进措施。
05
常见问题与解决方案
初始对准精度问题
总结词
初始对准精度问题通常表现为对准结 束后系统输出的姿态、位置与真实值 存在较大偏差。
详细描述
解决方案
采取一系列措施来提高初始对准精度， 包括使用高性能的陀螺仪和加速度计、 优化算法以减小误差、实施抗干扰设 计等。
提高初始对准精度的研究重点
优化算法
研究更高效、稳定的算法，提高初始对准的精度 和速度。
硬件优化
改进和优化硬件设备，提高其稳定性和精度，为 初始对准提供更好的基础。
光学捷联惯导系统初始对准详解
VN
VU
E N
U
b b b Bx By Bz
Cbn
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院
6.2 自对准技术
把上式改写成矩阵形式：
g b T g n T n b T n T ie ie Cb b n b T n T g ie g ie
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院
6.2 自对准技术
对准中仅将陀螺漂移和加速度零偏的 随机常数部分列入状态：
b Bi 0,(i x, y, z )
b i 0,(i x, y, z )
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院
6.2 自对准技术
取状态变量为：
X VE
按基座运动状态的不同:
静基座对准
动基座对准
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院
6.1 捷联惯导系统初始对准基本原理
初始对准的分类及要求
按对外信息需求的不同：
自主式对准
非自主式对准
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院
6.1 捷联惯导系统初始对准基本原理
初始对准的分类及要求
自主式对准指惯导系统依靠重力矢量和地球自
b 的测量值 b 由于在载体系中只能得到 g b 和 ie g
b 和 ie ，按照上式只能计算出 Cbn 的估计值 Cbn 。
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院
6.2 自对准技术
精对准
经过粗对准后，得到的初始捷联矩阵还不准确，即存在姿 态误差，精对准阶段就是要对姿态角误差做出估计并进行修正， 从而获得准确的捷联矩阵。可以基于第四章和第五章述及的误 差方程和卡尔曼滤波进行姿态误差估计和修正。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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z
YP
Yg Xg
ZXP
方位对准原理 2、罗经效应 （1）cos 产生原因
方位对准原理
（1） z cos
产生原因
方位对准原理
（2）zcos 的作用
方位对准原理
对准精度：水平精度达10角秒左右 方位精度2~5角分
对准时间：几至十几分钟以内
对准的基本概念 4、方法及分类：
（1）自主式对准：静基座 （2）传递对准：动基座 （3）空中对准：组合导航
对准的基本概念 5、对准过程：
粗对准：对准时间是主要指标
精对准：对准精度是主要指标
平台锁定
一种快速拉平和定向过程。惯导系统利用自 身设备，将平台用机械的方法，使平台近似趋于 水平和定向，不致使平台环架偏离要求角度过大。
c x
Mc x
x ←平台转动←稳定回路
水平对准的实质是通过加速度计敏感 重力加速度分量。即通过垂直找水平。
水平对准原理
水平对准原理
2、水平对准回路分析
g
▽y(s)
+ Vy +
1/S
1/R -
x + x 1/S -
x0
+
x(s)
闭环传递函数
zcos
1
1
1
A(s) Rs2 R R
1
g Rs2
误差方程及其简化 简化的指北系统误差方程：
Vy
x g
y
Vx y g x
x
Vy
R
z cos
x
y
Vx
R 通道
水平对准原理 1、水平对准基本原理
▽y(s) + + Vy 1/S
g x
1/R - + x 1/S
-
zcos
x0 +
x(s)
水平对准原理
x
g
y
x g
1
Vy R
s0
sx (s)
(1
K1
K2 )s2
( x
zcos)
y g
g
Vy
x
x0
▽y(s) +
+ - 1/S
1/R
+
-+ -
1/S
+
x(s)
K1
K2/R
K3/S
zcos
水平对准原理
（3）精度
特征多项式：(s) s2 K1s (1 K2 )s2 gK3
精度：
x
()
lim
s0
sx
(
s)
y g
水平对准原理
二阶慢型水平对准回路
水平对准原理
水平对准原理
（2）快速性
g
x
x0
▽y(s)
+ Vy 1/S
+-
1/R
- + x 1/S
-
+ x(s)
K1
闭环传递函数
K2/R zcos
1 1 K2 (1) 1
1 K2
A(s) x (s) s K1
N (s) 1 1
R 1 K2
s
R
(1) 1 g s2 K1s (1 K2 )s2
平台锁定 1、组成：
外横滚锁定系统 水平锁定
俯仰锁定系统 内横滚锁定系统 方位锁定
平台锁定 2、工作原理
平台锁定 2、工作原理
模拟调平
惯导系统利用平台上的两个水 平加速度计感受平台的水平偏离， 通过惯导系统稳定回路的作用，使 平台接近水平面的过程。
模拟调平 1、组成：
东向加速计 俯仰环调平稳定回路
惯性导航系统
第三十七讲 初始对准 概述
教学内容
一、对准的基本概念 二、平台锁定 三、模拟调平
对准的基本概念
1、定义： 系统在尚未进入导航工作状态之前，使惯
导平台与理想平台坐标系相重合，建立初始基 准的过程。
对准的基本概念
2. 任务 输入初始条件 调整平台到预定的坐标系 陀螺的测漂
对准的基本概念 3. 对准的指标要求
K1、K2、K3如何选择？
惯性导航系统
第三十九讲 指北方位惯导 的初始对准（二）
教学内容
一、对准的任务及过程 二、误差方程及其简化 三、水平对准原理 四、方位对准原理 五、对准回路的参数选择（1） 六、陀螺漂移的测定及方位计算法对准
方位对准原理
1、任务：通过方位对准回路，使平台方位 轴自动调整到真北方向。
Vy
1/S
K1
1/R
-
+
- x 1/S
+
x(s)
闭环传递函数
zcos
1 1 (1) 1
1
A(s) x (s) s K1
N (s) 1 1
R 1
(1)
s 1
g
s2
R K1s
s2
s K1 R
s
水平对准原理
特征多项式： (s) s2 K1s s2
阻
尼
比：
K1
2s
自 振 频 率： n s
s2 g R
s2 s2
水平对准原理
2、水平对准回路分析
特征式和特征根 (s) s2 s2
将 x0、 x 、z cos 、y 考虑为常值，x 的时域表达式
x
(t)
x0
cos
st
x
z s
cos
sin
st
y g
(1
cos
st
)
等幅振荡
水平对准原理
水平对准原理
（1）稳定性
g
x
x0
▽y(s)
+
+ -
s K1 R
s
水平对准原理
特征多项式： (s) s2 K1s (1 K2 )s2
阻
尼
比： 2
K1
1 K2s
自 振 频 率： n 1 K2s
二阶快型水平对准回路
水平对准原理
水平对准原理
（3）精度
设 x、y、z 和x0均为常值，并且仅考虑稳态误差，则：
二阶水平对准回路误差：
x
()
lim
总结
任 务：使惯导平台与地理平台坐标系重合。 基本原理：水平对准系统利用了参考量g
由系统自行完成。 性 能：增加K1、K2、K3环节提高水平对
准的稳定性、快速性和精确性。
思考作业题
1、根据指北方位惯导误差方程，画出水平对准的
原理图，并说明设计二阶，三阶水平对准回路所 要解决的问题。
2、为满足对准过程的动态特性要求，三个参数
对准的任务及过程
1、任务：控制平台旋转，使平台轴与地理
坐标系的东、北、天指向重合。
yp
yp
yg
z
x 水平偏差
xp
xg
方位偏差
对准的任务及过程
2、过
程：（1）水平对准 （2）方位对准
3、前提条件：静基座
4、依 据：指北方位惯导系统的误差方程
误差方程及其简化
指北方位惯导的误差方程：
Vx 2sinVy y g x
Vy 2sinVx x g y
Vy
R
sec
R
Vx
V
y cos sin
x
R
z
y
x
V
x sin sin
yR
x
y
V
x tg cos cos
zR
x
z
误差方程及其简化
简化条件：
✓ 忽略位置误差及其相关项 ✓ 忽略有害加速度误差项 ✓ 忽略交叉耦合项
北向陀螺 内横滚环调平稳定回路 北向加速度计
东向陀螺
模拟调平 2、工作原理
ACR
思考作业题
1、初始对准的主要工作和任务目标各是什么？ 2、简述平台锁定和模拟调平的工作原理？
惯性导航系统
第三十八讲 指北方位惯导 的初始对准（一）
教学内容
一、对准的任务及过程 二、误差方程及其简化 三、水平对准原理 四、方位对准原理 五、对准回路的参数选择 六、陀螺漂移的测定及方位 计算法对准