第9章捷联式惯性导航系统惯性导航

1、惯性导航原理惯性导航原理 中国民航大学电子信息工程学院中国民航大学电子信息工程学院崔崔 铭铭29.2 9.2 捷联式惯导系统工作原理捷联式惯导系统工作原理9.1 9.1 概概 述述 9.4 9.4 激光陀螺惯性基准系统激光陀螺惯性基准系统9.3 9.3 捷联式惯导系统对准原理捷联式惯导系统对准原理第第9 9章章 捷联式惯性导航系统捷联式惯性导航系统3一 定义：捷联（strapdown）,用带子绑住。在捷联惯导系统中，指陀螺和加速度计直接“捆绑”在机体上。无机械平台，在计算机中建立“数学平台”代替平台式中的“机械平台”。主要区别：有无机械平台。二 捷联式惯导系统的特点：1.功能上，具有平台是惯导

2、的所有功能，增加了垂直导航功能。2.机构上，没有电气机械平台，数学平台代替机电平台，结构简单，重量轻，故障少。3.可靠性提高，余度技术使系统可靠性提高。4.对惯性元件和计算机的要求提高。9.1 9.1 概概 述述4一 组成和概念9.2 9.2 捷联式惯导系统工作原理捷联式惯导系统工作原理数学平台内容：1.把加速度计的沿机体系各轴的输出转换到导航系来；2.建立和修正姿态矩阵，并计算出飞机的姿态角。5电子信息工程学院6二二 姿态矩阵和修正姿态矩阵和修正（p359）1.定义：机体系与导航系间的方向余弦矩阵。该方向余弦阵与飞机姿态角有关。（1）只有航向角时的方向余弦（2）只有俯仰角时的方向余弦（3）只

3、有倾斜角时的方向余弦（4）如果飞机既有航向角，又有俯仰角和倾斜角，即为全姿态。ppppppppppppccczxxox y zox y zox y zox y z绕绕绕转转转电子信息工程学院7姿态矩阵为：czcycxczcycxpcczcycxczcycxpzpypxaaaTTTTTTTTTaaaCaaaaaaaaa333231232221131211coscossincossincossincossinsincoscossinsincossincoscossinsinsincossincossinsinsincoscoscos0sin010sin0coscossin0sincos000110

4、00cossin0sincos电子信息工程学院8 姿态矩阵意义：第一 说明了机体系与导航系的几何关系，并将机体系各轴的加速度值根据姿态矩阵转换为导航系各轴加速度，第二 根据姿态矩阵可解得飞机姿态参数，即飞机的航向角、俯仰角和倾斜角。2.姿态角的计算2212133311 21 sinTTtgTTtgT电子信息工程学院9111213111213212223212223313233313233000ppcccpcccpczpcyccpczpcxccpcypcxCCTTTTTTTTTTTTTTTTTT 3.姿态矩阵的修正 飞机起飞前，捷联惯导自动对准，测出飞机的停放姿态角，建立起始姿态矩阵。起飞后，姿

5、态角发生变化，需求姿态矩阵变化率即姿态矩阵微分形式。四元素法四元素法电子信息工程学院10三三 姿态速率获得姿态速率获得四四 捷联式惯导系统的计算原理捷联式惯导系统的计算原理1.1.惯性传感器部分惯性传感器部分：包括三个线加速度计和三个速率陀螺，它们都直接固联于机体坐标系上，因此测得的是沿机体系各轴相对惯性空间的线加速度和转动角速率。2.2.数学平台部分数学平台部分：建立姿态矩阵并对加速度计测量值进行坐标变换；由陀螺输出信号及导航计算部分信号进行姿态速率计算和姿态矩阵速率正；进行姿态参数解算。3.3.导航参数计算部分：导航参数计算部分：与平台式惯导系统的导航参数计算类似。（计算流程p365）电子

6、信息工程学院11五五 垂直通道解算原理垂直通道解算原理 单独用垂直加速度计的输出来计算飞机的高度和垂直速度存在两个问题：垂直加速度计不能区分飞机的垂直加速度和引力加速度（或重力加速度）；用垂直加速度进行积分得垂直速度，二次积分得飞机高度的系统是不稳定系统，它的误差积累是发散的。1.怎样测得垂直加速度2.惯性高度通道的不稳定性3.利用气压高度作惯性垂直高度阻尼的原理电子信息工程学院129.3 9.3 捷联式惯导系统对准原理捷联式惯导系统对准原理捷联式惯导与平台式惯导捷联式惯导与平台式惯导对准对准的区别：的区别：1.平台式惯导使平台坐标系调整到理想坐标系上；捷联式惯导系统对准是精确地估算出飞机的姿

7、态角和建立起始姿态矩阵。2.平台式惯导对准只需加速度计作为修正信息；捷联式惯导对准需加速度信息和陀螺信息。3.平台式惯导对准需计算机和平台伺服系统来实现，而捷联式惯导对准全在计算机中进行。电子信息工程学院13一 粗对准原理（p370）1.纵向加速度计确定飞机停放的俯仰角;2.横向加速度计确定飞机停放的倾斜角;3.纵向、横向陀螺确定飞机停放的航向角。二 精对准原理（p371） 在粗对准基础上，进一步采取措施，估算出陀螺和加速度计的误差及动态干扰（如装拆货物、旅客上下、风等）误差，对系统进行补偿，提高精度，即精对准的工作。电子信息工程学院14电子信息工程学院159.4 9.4 激光陀螺惯性基准系统激光陀螺惯性基准系统惯性基准组件惯性基准组件电子信息工程学院16方式选择面方式选择面板板电子信息工程学院17惯性系统显示组件惯性系统显示