资源描述
半解析惯导系统-两种方案,各类惯性导航系统都必须解决两个问题,利用陀螺稳定平台建立输入信号的测量基准 利用加速度计信息的积分得到载体的速度和位置等信息。,不同坐标系的选取以及实现方法构成了惯导系统的不同方案,半解析式(semi-analytical)惯性导航系统,陀螺稳定平台始终跟踪当地水平面,固定方位半解析式惯导系统,自由方位半解析式惯导系统,1,半解析惯导系统-自由方位,自由方位半解析式惯导系统,平台的水平轴 XP、YP 则分别与东方向、北方向相差角,游动自由方位半解析式惯导系统,在方位陀螺上施加控制力矩，使其完成相对惯性空间的旋转，其大小为,控制角的变化为,2,半解析惯导系统-两种回路,固定方位半解析式惯导系统,三个稳定回路与三个修正回路,3,半解析惯导系统-加速度积分,4,半解析惯导系统-速度积分,5,半解析惯导系统-平台稳定,惯导平台对惯性空间稳定的实现,陀螺安装方式 平台安装方式,稳定原理（纵轴）,平台绕外环轴旋转 Gy 进动并输出信号 信号送至纵轴电机 电机产生恢复力矩 平台绕外环轴以相反的角速度运动,平台稳定回路,6,半解析惯导系统-变换器,当载体的方向发生 90 度变化,如果陀螺 Gy 的输出仍送到纵轴力矩电机,会造成错误控制,需要坐标变换器,7,半解析惯导系统-跟踪回路,地理坐标系相对惯性空间旋转，角速度E、N、,要使平台跟踪地理坐标系，须使平台也以同样的角速度相对惯性空间旋转,须给陀螺加控制电流，使三个陀螺分别产生如下进动角速度,陀螺的进动通过稳定回路传递给平台，实现对地理坐标系的跟踪,控制陀螺使平台跟踪地理坐标系的回路，称修正回路,8,半解析惯导系统-修正过程,修正回路：加速度计输出 消除有害加速度 一次积分 地理坐标系相对惯性空间的转速 陀螺力矩器 力矩电机,9,解析惯导系统-方案及问题,解析式(analytical)惯导系统 ：平台相对惯性空间稳定,平台只需要稳定回路,加速度计输出不含有苛氏加速度项和向心加速度项,若计算载体相对地球的速度和位置，须进行坐标变换,导航过程中，平台坐标系相对 g 的方向在不断变化,三个加速度计中的 g 分量值也在不断变化，必须通过计算机对 g 的分量实时计算，以便进行输出补偿与积分,10,解析惯导系统-重力分量公式,重力加速度 g 随着位移 X、Y、Z 变化的情况,载体在惯性空间从 A 点移动到 B 点,重力加速度分量 ：,11,解析惯导系统-重力分量公式2,gx、gy、gz 都为 x、y、z 的函数,12,解析惯导系统-测量及计算,含重力分量的加速度计输出信号,载体位移加速度,载体相对惯性坐标系的速度分量,载体相对惯性坐标系的坐标,13,解析惯导系统-方块图,解析式惯导系统方块图：没有修正回路；增加了消除重力加速度 g 分量的回路。,14,捷联惯导系统-特点,捷联式(strap-down)惯性导航系统的特点,没有机械式陀螺稳定平台 陀螺和加速度计直接固连在载体上 对陀螺敏感的角速度积分，得到载体相对参考坐标系的角位置（方向余弦矩阵或四元数） 加速度计提供载体沿着横滚、俯仰和偏航轴的加速度分量，在通过方向余弦矩阵变换到参考坐标系 对变换后的加速度积分，得到南北地速分量及经纬度参数,15,捷联惯导系统-方块图,16,捷联惯导系统-方向余弦,飞行器姿态沿载体坐标系测定,通常希望确定飞行器相对各种不同坐标系的姿态,从载体坐标系到所希望的坐标系的变换（方向余弦法或四元数法）,方向余弦矩阵微分方程的推导,设 S1 是固定坐标系，单位矢量为 i，j，k；S2 代表动坐标系（比如和飞行器固连），单位矢量为 i，j，k,设 是沿着 S2 轴表示的 S2 相对 S1的角速度，C 是将 S2 坐标转换到 S1 坐标的方向余弦矩阵，即：,其中,17,捷联惯导系统-方向余弦求导,对C 求导,18,捷联惯导系统-矩阵微分方程,称为角速度矢量 的斜对称矩阵,方向余弦矩阵微分方程式，含有 9 个一阶微分方程,19,
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