(惯性仪器测试与数据分析)概述

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第一章 概 述
主要内容： • 一、惯性导航基本概念及其应用 • 二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍 • 三、惯性器件测试内容 • 四、本课程的主要内容与意义
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一、惯性导航及其应用
1、惯性导航基本概念：
惯性导航是指借助于惯性技术引导运载体从起始位置 行驶至目标位置。可以将两位置之间关系看作一矢量，既 有方向又有距离长短，不论行驶的路径是直线还是曲线， 只有在合适的方向和路径长短下才能到达目标位置。
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二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍 2、陀螺仪：
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（6）激光陀螺仪
L 4S c
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二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍
2、陀螺仪：
光程差： L 4NS c
（7）光纤陀螺仪
高锟：2009年诺奖，“在纤维中传送光
以达成光学通讯的开拓成就”
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二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍 2、陀螺仪：
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍 2、陀螺仪：
（1）几种玩具陀螺
凯尔特石 （抖退石，回旋陀螺）
整理ppt （2）框架陀螺仪
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二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍
2、陀螺仪：
机械陀螺仪（惯性导航）的主要发展历程：
1. 1687年，牛顿提出了力学三定律，是惯性导航的理论基础；
2. 3.
斯坦福大学冷原子干涉陀螺仪
（8）原子陀螺仪
朱棣文：1997年诺奖“发明了用激光冷却 和俘获原子的方法”
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巴黎天文台冷原子干涉陀螺1仪9
二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍 2、陀螺仪：
（9）微机械陀螺仪
工大要闻(2016.1.30)：常洪龙教授课题组在弱
耦合微机械谐振器方面的研究取得新整进理展ppt
设计粗糙，制导精度极低；
7. 20世纪50年代美国麻省理工学院（MIT）德雷帕实验室采用液浮支承， 研制成功了单自由度液浮陀螺，60年代，液浮陀螺技术日臻完善，其 漂移达到了1×10-4º/h；
8. 60年代，英国皇家航空研究院提出了挠性支承的概念，挠性陀螺开始 出现 ；
9. 20世纪70年代，美国研制成了静整电理p陀pt 螺；
惯性仪器测试与数据分析
西北工业大学 自动化学院 严恭敏 2016-03
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主要参考书目：
• 《惯性仪器测试与数据分析》，严恭敏，国防工业 出版社，2012
• 《惯性仪器测试与数据分析》，梅硕基，西北工业 大学出版社，1991
• 《惯性导航》，秦永元，科学出版社，2006
• 《惯性器件测试与建模》，毛奔，哈尔滨工程大学 出版社，2007
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一、惯性导航及其应用
3、应用（军用）
（5）战略导弹
（6）陆地战车
（7）单兵武器
2015.9.3阅兵 40多种型号装备500多件、20多种型号飞机200多架，84% 首次亮相。
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一、惯性导航及其应用 3、应用（民用）
（1）民航飞机
（2）石油测井
（3）摄影
（4）空鼠/体感遥控器
（整5）理p智pt 能手机
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二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍 2、陀螺仪：
（3）单自由度液浮陀螺仪 （4）挠性陀螺仪
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二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍 2、陀螺仪：
（5）静电陀螺仪
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二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍
2、陀螺仪：
光学陀螺仪的主要发展历程： 1. 20世纪初有人提出利用光的干涉原理测量旋转运动， 2. 1913年法国物理学家萨格奈克研制了一种光学干涉仪， 3. 1925年迈克尔逊结合干涉仪研制出了一种光学陀螺测量装置，用于测
2、隐蔽性强：不会向外辐射任何信息
3、信息全面：高频率甚至连续的运载体 实时角速度、加速度、姿态、速度和位置
缺点：导航误差随时间不断积累（措施：研制高精度器件； 测试建模提高实际使用精度）
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一、惯性导航及其应用
3、应用（军用）
（1）运载火箭
（2）交汇对接
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（3）战斗机 （4）核潜艇
惯性技术的核心传感器是陀螺仪和加速度计。
·目标点
起始点 ·
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一、惯性导航及其应用
1、惯性导航基本概念（其它导航方法比较）：
卫星导航
无线电导航
天文导航
多普勒导航
地磁匹配导航 重力匹配导航 整理地ppt形匹配导航 景象匹配导5航
一、惯性导航及其应用 2、惯性导航优缺点：
优点
1、自主性好：不需要其它外来信息
量地球的自转角速度，但所采用的光源是普通光，相干性极差，测量 精度低； 4. 1917年爱因斯坦提出了光的受激发射理论； 5. 1960年物理学家发明了激光； 6. 1963年，美国首先向世界公布了激光陀螺概念，但直到1981年激光陀 螺才首次被用于当时新生产的波音747飞机惯导系统中，接着于1983 年开始批量生产，其间经历了长达20年的研制周期。 7. 1967年，Pircher和Hepner提出光纤陀螺概念； 8. 1976年，Vali和Shorthill进行光纤陀螺实验演示，标志着其诞生。
1786年欧拉创立了转子陀螺仪的力学基本原理； 1852年傅科制造了验证地球自转运动的测量装置，将其称为
巴黎国葬院
Gyroscope（陀螺），由于精度低只能观察到地球自转而未能精确测
出地球自转角速度；
4. 1908年安修茨制造了世界上第一台摆式陀螺罗经； 5. 1910年修拉提出了修拉调谐原理，为惯性导航系统设计奠定基础； 6. 二战期间，德国V-2火箭采用了陀螺和加速度计组成的制导系统，但其
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一、惯性导航及其应用 3、应用（民用）
Segway(赛格威)
独轮车
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无人机
二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍
1、分类：
陀螺仪 惯性器件
基于经典力学：液浮陀螺、动力调谐 陀螺、静电陀螺
服从量子力学：激光陀螺、光纤陀螺、 原子陀螺
基于微加工技术：微机械陀螺
加速度计：摆式陀螺积分加速度计、液浮摆式加 速度计、石英挠性摆式加速度计和硅 微加速度计等
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二、惯性器件（陀螺仪和加速度计）介绍 3、加速度计：
基本原理：当相对惯性空间存在加速度 a 时，具有质量m的物体 上产生惯性力 ma，惯性力作用于仪表支撑结构，形成支撑力，
（即 F ( m a ) 0 F m a ），现有加速度计都是借助于敏感质 量和通过检测支撑力进行加速度测量。
（1）加速度计基本原理 整理ppt （2）陀螺积分加速度计 21