惯性导航技术.ppt

惯性导航技术 主要内容 一、牛顿力学和惯性导航 二、陀螺和加速度计 三、现代惯性导航技术 一、牛顿力学和惯性导航 1．牛顿定律　　　　相对惯性空间成立 第二定律：F=ma 公式对比：F=ma M=Ω×H  广义的牛顿第二定律：对高速转动的质量有 M=Ω×H F=ma 对应 M=Ω×H ； m 对应 H=Jω 定轴性 陀螺的进动 　　　　 Ω 陀螺的漂移（陀螺的精度） 第一定律---物体的惯性 （第二定律的特殊情况） 第二定律---物体惯性的定量 的量度．物体相对惯性空间 的运动特性. 　 加速度a是核心 运动体相对惯性空间的运动： a=0 V0=0 a =0时，相对惯性空间不动 V0=const a=0时，原速度相对惯性空间运动 a0 ; a0 M=0（F=0），运动体保持惯性不变的特性，以此构成仪表或系统，成为飞行器的姿态参考基准；以此模拟惯性坐标系或地理坐标系等。 3.在平面上的导航 简化的二维导航例．平面用OXY坐标系表示，t=0时，运动体在坐标原点，有一个平台，平台上放置两个加速度计 4.平台式惯性导航基本原理： 三轴惯导平台结构示意图 5.捷联式惯导系统(空间导航) 　 惯性组合示意图 捷联算法:转旋矢量算法 用矩阵表示 6. 无陀螺捷联式惯导系统 二、陀螺和加速度计 第二方案：转子类型陀螺 第一、二方案比较： 第三方案：振动陀螺 第四方案:光学陀螺 三角环型激光陀螺原理图 激光陀螺主要构成部件 第五方案： 集成微型陀螺仪： ２．加速度计工作原理 三、现代导航技术 多信息源融合导航技术的说明 联邦滤波器的原理 组合导航融合信息系统体系结构 INMIS的组成 自主导航的理论和应用（名词介绍） 卫星导航原理(GPS) a L 　　　　　 　　 　　　　　　 　　　　　　 a M 　　　　 L 　　　 　　　　　　　　 a L 惯性导航系统----如陀螺漂移为0.01度/小时--------------1 海里 （10m--0。000056 0.01度/小时） 加速度计误差为 5*10-6g------------32.4 米 组合导航系统---INS+GPS INS+CNS 多信息源融合导航系统 如美国在航天飞机的导航系统中采用五个机载计算机组成的冗余系统，处理由TACON，RA， IMU，星体跟踪器等所获得的测量信息，经处理得出航天飞机的位置，速度，姿态等导航与制导信息，近年又有GPS系统加入。 多信息源融合导航系统是指多传感器信息融合 来自多个传感器的信息，变换到同一个导航坐标系，建立系统的状态方程和测量方程，在一定的最优估计准则下，获得飞行状态矢量的最优估计．如速度，位置，角速度，姿态和各种失调偏差量，他们可以用来描述系统的运行状态， 最优估计准则：最小均方误差等，处理方式有最小二乘，Kalman， 确定性系统设计一个观测器来估计系统的状态；随机系统使用 Ｋalman 滤波器来获得系统状态的最小方差估计． 多信息源融合导航系统采用分散化滤波（联邦滤波器）技术 将一个高阶系统的状态估计问题，分解成若干个子系统的局部状态估计问题，通过设计一组子观测器或局部滤波器获得每个子统的局部估计，并依据一定的准则获得系统的状态估计． 自７０年代以来，人们采用分散化滤波技术： 1).所谓的分散化滤波，是将一个高阶系统的状态估计问题，分解成若干个子系统的局部状态估计问题，通过设计一组子观测器或局部滤波器获得每个子系统的局部估计，并依据一定的准则获得系统的整体状态估计． 2)导航和制导多传感器信息融合，就是将每个传感器的测量空间所组成的测量子空间，按着其测量数据间的关系进行互联，向局部空间投影，形成局部测量空间(最优，次优------)，局部测量空间按着一定的准则向导航与制导空间投影，形成系统状态的最优估计． 分散化滤波技术对于随机系统是基于Kalman滤波理论的分散滤波问题． 参考系统 子系统1