机载电子设备课件-5第五章4new

第五章惯性导航系统2010.11.15主要内容概论参考坐标系惯性导航基本原理加速度计平台式惯性导航系统捷联式惯性导航系统惯性导航系统的误差与初始对准惯性导航技术进展6.捷联式惯性导航系统(1)与平台式惯导系统相比，捷联式惯导系统去掉了结构复杂的实体惯导平台，将平台功能的实现移至导航计算机，构成所谓的“数学平台”。陀螺和加速度计所构成的惯性测量组件直接固连于飞机机体上，由于直接固连，它们不具有平台式惯导系统通过环架隔离运动的作用，所以，要求陀螺和加速度计的动态范围大，能在恶劣动态环境中保持正常工作。6.捷联式惯性导航系统(2)一般的陀螺仪不能满足捷联式惯导系统的技术要求，需采用高精度陀螺仪，如动力调谐式挠性陀螺、激光陀螺。

6.1基本原理(1)在捷联式惯导系统中，平台的作用体现在导航计算机中，它是存在计算机中的方向余弦矩阵，运用该矩阵实现对运动参数的坐标转换作用，即由飞机机体坐标系转换到平台坐标系（如地理坐标系）。由于惯性测量组件固连在飞机上，加速度计测量的加速度是沿机体轴的分量，陀螺仪测量的角速度是绕机体轴的分量。飞机运动参数（机体坐标系）6.1基本原理(2)机体坐标系下测得的加速度需经坐标转换得到平台坐标系相应分量。导航计算机便可依据导航基本方程计算出相应的导航参数。这部分的计算原理与平台式惯导系统相同。另外，对于平台惯导系统，姿态和航向角可直接从平台环架上提取；但在捷联惯导系统中，平台以数学平台形式存在，姿态角和航向需要通过计算获得。捷联式惯导的基本原理陀螺加速度计姿态向量计算坐标系转换陀螺施矩信号标准惯导方程(与平台惯导相同）位置速度6.2速率捷联系统(1)基本特征：加速度计感测的是机体相对惯性空间的比力，陀螺的输出是机体相对惯性空间的转动角速度。假设机体坐标系到计算（数学）平台坐标系的方向余弦矩阵为，加速度计所感测的比力转换到平台坐标系：即得到飞机在平台坐标系中相对地球坐标系的运动加速度。6.2速率捷联系统(2)速率捷联系统的关键问题是确定机体坐标系到平台坐标系的方向余弦矩阵（捷联/姿态矩阵）。进一步地要求实时提供，而获得随时间变化的，需要求解如下捷联矩阵微分方程：其中，为关于姿态角速度的反对称矩阵。6.2速率捷联系统(2)且捷联矩阵微分方程是捷联惯性导航系统的原理性基本方程之一，是数学平台的核心。6.2速率捷联系统(3)由飞机相对惯性空间的角速度（由陀螺仪测得），得而6.2速率捷联系统(4)对于导航（平台）坐标系取地理坐标系t，则平台坐标系与机体坐标系的转换关系（经方位、俯仰和横滚三次旋转实现）6.2速率捷联系统(5)三次基本旋转对应的坐标变换阵6.2速率捷联系统(6)记则6.3位置捷联系统(1)位置捷联系统所实现的力学原理与速率捷联系统完全相同，由于使用了位置陀螺，可以直接输出机体相对由陀螺所决定的惯性坐标系之间的角位置。机体坐标系到惯性坐标系的变换矩阵，设角为机体相对陀螺惯性坐标系的姿态角，可直接由陀螺信号器输出。机体坐标系与惯性坐标系的转换关系6.3位置捷联系统(3)加速度计与飞机固连，加速度计所感测的比力在机体坐标系中，即，将机体坐标系中比力转换到平台坐标系中，即机体坐标系到平台坐标系的方向余弦矩阵，由和陀螺惯性坐标系到平台坐标系的变换矩阵确定：惯性坐标系与平台坐标系的转换关系6.3位置捷联系统(5)

随时间变化，需要求解如下捷联矩阵微分方程：将进行转置，得到，再乘以，得到（）。6.4地球坐标系捷联惯导(1)惯导系统所采用的导航坐标系是地球坐标系e，导航方程为捷联矩阵满足如下微分方程：

相比平台坐标系，地球坐标系e不随载体运动而转动，带来计算边界与参数计算的高精度。6.4地球坐标系捷联惯导(2)虽然重力项ge的计算方法稍为复杂，但地球坐标系捷联惯导