2016组合导航系统复习题.docVIP

2011-2012学年第2学期《组合导航系统》复习题 什么是导航？简述推算式和几何式两种导航定位方式的基本原理。 答：将航行载体从起始点引导到目的地的过程称为导航。 推算式定位： 最有代表性的推算式导航技术是可以实现完全自主导航的惯性导航。惯性导航在获得初始条件的基础上，完全依靠自身的加速度计和陀螺实现对速度、位置和姿态的推算。在陆地车辆和舰船导航系统中，通常基于角速率传感器和速度计或里程仪构建的实现二维平面导航定位的DR（deduced or dead reckoning）算法也是一种目前常用的推算式导航定位系统。另外，基于多普勒频移测速的多普勒导航，用多普勒雷达测量飞行器相对于地球的速度，通过积分进行导航定位，也是一种推算式的导航定位技术和系统。 几何式定位： 相对于多个已知点进行测距的几何定位技术主要包括一些无线电导航定位（卫星定位）和路标定位等。无线导航定位系统的基本功能是载体携带的接收装置收集在一定地理区域内无线信号发射台发射的无线导航信息，根据接收信号频率、到达时间及角度等信号参量的变化，处理得到对待测位置信息的估计。典型的无线导航定位系统有罗兰C（Loran-C）、奥米加（Omega）、全球卫星导航定位系统等。另外，利用现代移动通信系统的蜂窝网络提供导航、位置信息是一种新的定位方式。它通过测量到达（或来自）一系列固定或移动基站携带的与移动台位置信息有关的信号来确定移动基站位置。 请给出惯性坐标系、地球坐标系、地理坐标系和机体坐标系的定义。 答：1．惯性坐标系(系) 惯性坐标系是牛顿定律在其中成立的坐标系。经典力学中，研究物体运动的时候，选取静止或匀速直线运动的参考系，牛顿力学定律才能成立，常将相对恒星确定的参考系称为惯性空间。常用的惯性坐标系有日心惯性坐标系、地心惯性坐标系、地球卫星轨道惯性坐标系和起飞点(发射点)惯性坐标系等 2．地球坐标系(系) 地球坐标系也称为地心地球固联坐标系（Earth-Centered, Earth Fixed ECEF），该坐标系随地球一起转动。原点在地心，轴沿地球自转轴的方向，在赤道平面内，与零度子午线相交，也在赤道平面内，与构成右手直接坐标系（见图2.1）。 地理坐标系，也称为当地垂线坐标系，原点位于运载体所在点，轴沿的当地地理垂线的方向，轴在当地水平面内沿当地经线和纬线的切线方向。根据坐标轴方向的不同，地理坐标系的的方向可选为“东北天”，“北东地”，“北西天”等右手直角坐标系。本书中的地理坐标系取为“东北天(ENU)”地理坐标系，轴指向东，轴指向北，轴垂直于当地水平面，沿当地垂线向上（见图2.1）。 5．载体(机体)坐标系(系) 载体坐标系，原点与载体质心重合，对于飞机、舰船等巡航载体，沿载体横轴向右，沿载体纵轴向前，沿载体竖轴向上（见图2.2），或者沿载体纵轴向前，沿载体横轴向右，沿载体竖轴向下。对于弹道导弹等弹道式载体，沿弹体纵轴指向弹头方向，垂直于方向，在导弹的主对称平面内，向上为正，与、构成右手直角坐标系（见图2.3）。 捷联惯导和平台惯导的区别，惯性导航和GPS卫星导航系统的区别？ 组合导航系统的基本原理和不同校正方式的优缺点。 答：在辅助的惯性导航系统中，一个或多个惯性导航系统的输出信号与独立测量的由外部源导出的相同的量进行比较。然后根据这些测量值的差异导出对惯性导航系统的修正。适当组合这些信息，就有可能获得比独立使用惯性系统更高的导航精度[2]。 这种类型的组合系统通常借助于两个独立的、具有互补特性的信息源[3] 对于安装在惯性系统中加速度计设加速度计的测量坐标系为p系，相对地球坐标系转动导航计算利用陀螺仪在载体上建立当地垂线和子午线作为姿态的测量基准傅科摆是一个演示地球自转的实验 方向转过角，得到，绕正方向转过角得到，再绕正方向转过角，得到。请推导坐标系相对坐标系的关系。 已知某点的纬度为47°283.438，经度为122°53′59.589，高程为215m，试计算该点在空间直角坐标系以x、y、z来表征的坐标。(P214) 使用最优控制的方法，推导闭环卡尔曼滤波反馈校正后的系统误差。 说明GPS/惯性组合有哪几种组合模式，伪距、伪距率组合系统的精度为什么高于位置、速度组合系统？ 答：组合系统大体分为两类，一类叫松散组合(Loose Coupling)或称简易组合(Easily Integration)，另一类叫紧密组合(Tight Coupling)。 用GPS给出的星历数据和INS给出的位置和速度，计算对应于惯导位置和速度的伪距和伪距率。把和与GPS测量的和相比较作为量测值，通过组合卡尔曼滤波器估计惯导系统和GPS的误差量，然后对两个系统进行开环或反馈校正。由于GPS的测距误差容易建模，因而可以把它扩充为状态，通过组合滤波加以估计，然后对GPS接收机进行校