惯导 惯性导航系统的初始对准

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,沈阳航空航天大学,惯性导航篇,惯性导航系统的初始对准,主要内容,概述,静基座惯导系统误差方程,单回路的初始对准,陀螺漂移的测定,捷联式惯导系统的初始对准,主要内容,概述,静基座惯导系统误差方程,单回路的初始对准,陀螺漂移的测定,捷联式惯导系统的初始对准,概述,什么是初始对准？,初始对准有任务？,初始对准的类型？,什么是初始对准？,惯性导航系统在正式工作之前的准备工作,使惯性导航系统所描述的,坐标系与导航坐标系相重合,，使导航计算机正式工作时有,正确的初始条件，,如给定初始速度，初始位置等，这些工作统称为初始对准。,如给定初始速度为,零,初始对准有任务？,研究如何使平台坐标系,(,含捷联惯导的数学平台,),按导航坐标系定向，为加速度计提供一个高精度的测量基准，并为载体运动提供精确的姿态信息。,初始对准的类型,利用外部提供的参考信息进行对准,光学的自动准直技术,其方法是在惯导平台上附加光学多面体，使光学反射面与被调整的轴线垂直，这样可以通过自动准直光管的观测，发现偏差角，人为地给相应轴陀螺加矩，使平台转到给定方位，或者也可以借光电自动准直光管的观测，自动地给相应轴的陀螺加矩，使平台转到给定位置，实现平台初始对准的自动化。,初始对准的类型,自对准技术,自对准技术是一种自主式对准技术，它是通过惯导系统自身功能来实现的。,地球上的,重力加速度矢量,和,地球自转角速度矢量,是两个特殊的矢量,自对准的基本原理是基于加速度计输入轴和陀螺敏感轴与这些矢量的特殊关系来实现的。,初始对准的类型,自对准技术,半解析式惯性导航系统,在理想情况下，它的东向和北向加速度计就不敏感当地重力加速度,g,， 此时可认为平台位于当地水平面内，而东向陀螺则不敏感地球自转角速度分量，在满足上述两种约束的条件下，则可说平台坐标系和地理坐标系重合。,主要内容,概述,静基座惯导系统误差方程,单回路的初始对准,陀螺漂移的测定,捷联式惯导系统的初始对准,静基座惯导系统误差方程,假定载体处于地面静止状态，,于是惯性导航系统误差方程式可简化为,为计算值与真实值的之差,静基座惯导系统误差方程,假定载体处于地面静止状态，,于是惯性导航系统误差方程式可简化为,北向和东向加速度计的零位误差,静基座惯导系统误差方程,假定载体处于地面静止状态，,于是惯性导航系统误差方程式可简化为,平台漂移角速度（陀螺漂移）,静基座惯导系统误差方程,假定载体处于地面静止状态，,于是惯性导航系统误差方程式可简化为,若：假定载体所在地的纬度是准确知道的,则：,静基座惯导系统误差方程,假定载体处于地面静止状态，,于是惯性导航系统误差方程式可简化为,略去有害加速度引入的交叉耦合项,静基座惯导系统误差方程,进一步简化得,静基座惯导系统误差方程,对应的方块图为,主要内容,概述,静基座惯导系统误差方程,单回路的初始对准,陀螺漂移的测定,捷联式惯导系统的初始对准,单回路的初始对准,水平对准,方位对准,单回路的初始对准,水平对准,初始对准过程：,首先是水平粗对准，而后是方位粗对准。,在粗对准之后再进行精对，首先是水平精对准，而后进行方位精对准。,单回路的初始对准,水平对准,水平粗对准,单回路的初始对准,水平对准,水平粗对准,单通道水平自对准方块图,系统的特征方程式为等于什么？,自对准角度,和加速度计零位误差,以及陀螺漂移角速度,之间的有什么关系？,单回路的初始对准,水平对准,系统的特征方程式为,自对准角度,和加速度计零位误差,以及陀螺漂移角速度,之间的关系,稳定误差（加速度计零位误差,和陀螺漂移角速度为常值时,）,单回路的初始对准,水平精对准,水平精对准是在水平和方位粗对准的基础上进行,由于水平对准时，水平对准过程中,使方位陀螺自锁（平台在方位上不转动），即方位陀螺不参与工作所以仍将水平对准和方位对准分开讨论，不考虑交叉耦合的影响。,方位误差角是常值,水平回路的两水平误差之间的耦合项比其他误差源的影响小，而且在对准过程中随着水平误差的减小，耦合项也是在减小的，故忽略二者之间的耦合,单回路的初始对准,水平精对准,得到简化后的方块图为,单回路的初始对准,水平精对准,水平精对准的控制思想，就是在上述回路的基础上，增加必要的阻尼，在给定的时间内，使平台偏差角,和,小于给定值。,方案：三阶水准水平对准,单回路的初始对准,水平精对准,方案：三阶水准水平对准（北向为例）,一阶阻尼,二阶阻尼,三阶阻尼,单回路的初始对准,水平精对准,等效方块图为,得到平台偏差角和上述干扰量之间的传递,三阶水平对准回路的特征方程：,单回路的初始对准,水平精对准,稳态误差（三阶）,二阶水平对准回路,(,K,3,=0),根据精度和对准时间的要求，确定相应的,K,值,单回路的初始对准,方位对准,系统误差,方块图,单回路的初始对准,方位对准,结论：北向加速度计与与东向陀螺组成的水平对准回路与方位回路有较大的交叉影响，称为罗经效应。,即当平台正确取向时，东向陀螺将不敏感地球自转角速度分量。,利用这个加速度计输出信号，使其通过一个适当的补偿环节再加给方位陀螺仪的力矩器，从而使平台在方位上进动，一直到地球自转角速度分量不再被东向陀螺所敏感，这样就消除了方位误差角。,单回路的初始对准,方位对准,方位对准回路原理方块图,稳态误差,直接影响方位对准精度,主要内容,概述,静基座惯导系统误差方程,单回路的初始对准,陀螺漂移的测定,捷联式惯导系统的初始对准,陀螺漂移的测定,从使用角度考虑，希望陀螺漂移角速度是常值，但因陀螺漂移具有不稳定性，因而在不同的时间，每次通电后所测得的陀螺常值漂移角速度的数值并不一样，标定时给定的陀螺常值漂移角速度值也是一个统计数据。用标定时给定的陀螺常值漂移角速度值去补偿，补偿效果并不理想。但是，对于大多数陀螺，在,-,次通电启动运行下，其漂移的主要分量常值特性很好，工程上用此测量值对陀螺漂移进行补偿。,陀螺漂移的测定,本节所讲述的陀螺漂移的测定，是指系统在使用前完成的。即在通电后和导弹发射前这段时间内完成的。,惯性导航系统中的平台，实质上可看做一个多轴陀螺漂移测试伺服转台或位置台，因此可以借用常规的实验室陀螺漂移测试方法。,本节只讲述在初始对准时的测漂基本原理。,陀螺漂移的测定,水平陀螺漂移的测定,两位置法测量水平陀螺漂移,第一个位置就是惯导平台正常的导航位置,其初始对准回路主要是东向陀螺敏感东向角速度，北向陀螺敏感北向角速度。,东向加速度计的输出信号经过校正环节馈人北向陀螺的输入端，而北向加速度计的输出信号经过校正环节馈人东向陀螺的输入端。,陀螺漂移的测定,水平陀螺漂移的测定,二阶水平对准回路方块图,水平对准结束后，有平衡条件,陀螺漂移的测定,水平陀螺漂移的测定,加速度计的输出值，是可观测的,东向陀螺和北向陀螺的加矩信号为,陀螺漂移的测定,水平陀螺漂移的测定,1,）从北向加矩信号可以直接看出北向陀螺的漂移角速度值,2,）在东向加矩信号中，不能区分出东向陀螺漂移角速度值不,如何测试东向陀螺漂移角速度值？,陀螺漂移的测定,水平陀螺漂移的测定,在完成北向陀螺漂移角速度的测试后，将平台旋转,90,，使原来的东向陀螺敏感轴处于北向位置。,开始第二个位置的测漂工作，这时的测试平衡方程式为,陀螺漂移的测定,方位陀螺漂移的测定,方位陀螺漂移的测定的控制回路,指北方位角,计算方位角,当系统处于稳态时，有,陀螺漂移的测定,方位陀螺漂移的测定,从而确定了方位陀螺的漂移角速度,主要内容,概述,静基座惯导系统误差方程,单回路的初始对准,陀螺漂移的测定,捷联式惯导系统的初始对准,捷联式惯导系统的初始对准,目的：为导航计算提供必要的初始条件。,捷联式惯导系统的初始对准，就是在满足环境条件和时间限制的情况下，以一定的精度给出从机体坐标系到导航坐标系的,姿态变换矩阵,。,自主式对准也分两步进行,在粗对准阶段，依靠重力加速度,g,矢量和地球自转角速度,矢量的测量值，直接估算从机体坐标系到导航坐标系的变换矩阵。,在精对准阶段，可通过处理惯性仪表的输出信息，精校计算机计算的导航坐标系和真实导航坐标系之间的小失调角，建立准确的初始变换矩阵。,捷联式惯导系统的初始对准,解析粗对准原理,加速度计测得的是重力加速度,g,矢量在飞行器坐标系,b,中的分量,陀螺仪测得的是地球自转角速度,矢量在,b,系中的分量。,而这两个矢量在导航坐标系,(,地理坐标系,E),中的分量是已知的，且为常值。则变换矩阵,可由,及,g,在,b,系和,E,系中的测量值或计算值计算出来。,捷联式惯导系统的初始对准,捷联式惯导系统的初始对准,解析精对准原理,精对准的目的，就是在对准过程中，不断用新的变换矩阵,代替粗对准结束时建立起来的变换矩阵,，使导航计算机计算出来的地理坐标系逐步趋近于真实的地理坐标系，并在给定的时间内，使两者之间误差角小于给定值。,捷联式惯导系统的初始对准,解析精对准原理,