第8篇章 平台式惯性导航系统原理及应用.pptVIP

惯性导航原理 ;;一 惯性导航的分类 1.平台式惯导：三轴陀螺稳定平台，加速度计固 定在平台上，其敏感轴与平台轴平行，平台的三 根稳定轴模拟一种导航坐标系。 优点：直接模拟导航坐标系，计算比较简单；能 隔离载体的角运动，系统精度高。 缺点：结构复杂，体积大，制造成本高。;2.捷联式惯导：无稳定平台，加速度计和陀螺仪 与载体直接固连。载体转动时,加速度计和陀螺仪 的敏感轴指向也跟随转动。陀螺仪测量载体角运 动，计算载体姿态角，从而确定加速度计敏感轴 指向。再通过坐标变换，将加速度计输出的信号 变换到导航坐标系上，进行导航计算。 优点：无平台，结构简单，体积小，维护方便。 缺点：惯性元件直接装在载体上，环境恶劣，对元件要求较高；坐标变换中计算量大。;3.平台式惯导分类 （1）半解析式：又称当地水平惯导系统，系统 有一三轴稳定平台，台面始终平行当地水平面， 方向指地理北（或其它方位）。陀螺和加速度计 放置平台上，测量值为载体相对惯性空间沿水平 面的分量，需消除地球自转、飞行速度等引起的 有害加速度后，计算载体相对地球的速度和位置 。主要用于飞机和飞航式导弹，可省略垂直通道 加速度计，简化系统。;（2）几何式：该系统有两个平台，一个装有陀螺，相对惯性空间稳定；另一个装有加速度计，跟踪地理坐标系。陀螺平台和加速度计平台间的几何关系可确定载体的经纬度，故称几何式惯导系统。主要用于船舶和潜艇的导航定位。精度较高，可长时间工作，计算量小，但平台结构复杂。;（3）解析式：陀螺和加速度计装于同一平台，平台相对惯性空间稳定。加速度计测量值包含重力分量，在导航计算前必须先消除重力加速度影响。求出的参数是相对惯性空间，需进一步计算转换为相对地球的参数。平台结构较简单，计算量较大，主要用于宇宙航行及弹道式导弹。;4.半解析式平台惯导系统分类 飞机中应用多为半解析式惯导系统，根据平台两个水平 轴指向不同可分为 （1）指北方位惯导系统：工作时，平台的三个稳定轴分别指向 地理东、地理北、当地地平面的法线方向，即平台模拟当地地 理坐标???。 （2）自由方位惯导系统：工作时，平台的方位可以和北向成任 意夹角，始终指向惯性空间的某一个方向，台面仍要保持在当 地的水平面内。由于地球的旋转和飞机的运动，平台的横轴、 纵轴不指向地理东、北，而是有一定自由夹角，故称它为自由 方位惯导系统，其平台称为自由方位平台。 （3）游动方位惯导系统：与自由方位类似，平台的台面处于当 地水平面，方位轴只跟踪地球自转的分量。;平台式惯导的基本组成 平台式惯导系统由三轴陀螺稳定平台（包含陀螺仪）、 加速度计、导航计算机、控制显示器等部分组成。; 8.2 指北方位惯导系统;; 跟踪地理坐标系 1.地理坐标系相对惯性系的运动规律： ;2.控制平台跟踪地理坐标系 在平台上建立地理坐标系，包括： 初始对准——初始状态时将平台坐标调整到与起始点的 地理系坐标一致； 修正控制——在对准基础上控制平台跟踪地理系变化。 假设初始对准已完成（该内容后面章节讲解），修正控制步骤：首先使平台相对惯性空间稳定；其次对平台进行水平修正和方位修正，使平台保持在水平面内而方位始终指北。;（1）稳定系统 ①方位轴稳定系统：方位轴上有干扰力矩，上陀螺的z传感器感受角偏移。 ②内横滚环稳定系统：内横滚轴上有干扰力矩，两种情况：当内横滚轴与平台y轴平行，下陀螺外环上的x传感器感受角偏移；当内横滚轴与平台y轴不平行，即夹角为航向角时，内横滚轴的干扰力矩上、下陀螺都感受，此时两个陀螺信号要经信号分配器，再送到稳定电机处理。;③俯仰环稳定系统：俯仰轴有干扰力矩，当俯仰轴与水平轴一致，上陀螺外环轴上y传感器感受角偏移；不一致，上、下陀螺都感受，需送入方位信号分解器处理。 ④外横滚环稳定系统：外横滚环的稳定基准是内横滚环。外横滚轴上有干扰力矩，外横滚环偏离原位置，并带动俯仰环绕外横滚轴偏离，此时内横滚轴与俯仰环间信号器感受此偏离，输出信号驱动恢复原位。 ⑤上、下陀螺自转轴垂直锁定电路：为保持上、下陀螺自转轴相互垂直。;（2）水平和方位修正 四套稳定系统使平台相对惯性空间保持稳定，为使平台跟踪地理坐标系，须对平台实施水平和方位修正。即利用地理坐标系运动规律给平台各轴施加指令角速率（施加到相应的陀螺力矩器上）。; 上述公式中地球半径是以地球为圆球计算的，实际地球非正圆球体，接近椭球。惯导中使用椭球参数， 为当地子午面内的曲率半径; 为当地和子午面垂直的法线平面内的曲率半径； 为地球的椭圆度称为扁率。 故指令角速率方程变为：;控制修正过程：平台上东、北向加速度计，测得的加速度送给导航计算机，求出东、北向速度，再求出指令角速度送到上、下陀螺相应