《导航原理_惯性导航_平台式惯导系统》.ppt

第 5 章 平台式惯导系统的力学编排 ;根据平台坐标系的选择，平台式惯性导航系统分为半解析式惯导系统和解析式惯导系统。 半解析式惯导系统中的陀螺稳定平台建立的是当地水平基准； 解析式惯导系统中的陀螺稳定平台建立的是惯性空间基准； 半解析式惯导系统的主要特征是：两个加速度计不敏感重力加速度。根据水平坐标系的不同选择，半解析式惯导系统分为：指北方位系统、自由方位系统和游移方位系统三种 。;平台式惯导系统;平台坐标系选为地理坐标系。即xp轴指向东，yp轴指向北。 ;;L为当地纬度;方向与;2.速度方程;;忽略Vu的影响;3. 经、纬度方程（位置方程）;5.指北方位系统的优缺点分析;2. 缺点;5.2自由方位系统的力学编排;由于平台相对惯性空间绕 轴不转动，则相对地理坐标系就存在转动，这样平台的水平轴相对地理坐标系就存在一个变化着的夹角，这个夹角称为自由方位角 。;由于自由方位系统的;自由方位系统导航坐标系与地理坐标系只差自由方位角，自由方位角可以按照上式计算出来。这样就可以将加速度计测得的比力转换到地理坐标系中，就可以按照指北方位系统作导航解算。但由于指北方位系统存在高纬度地区导航解算误差放大和溢出问题，有必要寻找其他的方法进行导航解算。;（2）方向余弦矩阵;这个转换可由下面顺序的转动来实现：;根据矩阵;由于反三角函数是多值函数，所以应该先求其主值，然后再根据经纬度、自由方位角的定义域和 有关元素的正负号确定经纬度、自由方位角的真值。;的真值确定;（3）方向余弦阵;式中（;对于自由方位系统，;上式中的速度是地理坐标系中的速度，在自由方位系统中求得的速度是相对平台坐标系，所以平台坐标系中速度要转化到地理坐标系中。转换过程如下：;;其中;为了用位置矩阵;主曲率半径的计算公式为：;曲率的表达形式如下：;;平台式惯导系统力学编排;即自由方位系统的平台坐标系相对地理坐标系在水平面内只相差自由方位角 ;（6）速度方程 根据比力方程;将上式写成分量形式;如果忽略垂直速度的影响，可得到简化的水平速度方程。 导航过程：求解位置矩阵的微分方程和速度矩阵的微分方程，就可以???出位置矩阵和水平速度，进而可以求出经纬度和自由方位角。 ;;5.3 游移方位惯导系统的力学编排;求游移方位角;由于游移方位系统的方位只跟踪地球旋转，所以 ，所以;;5.4平台式惯导系统的误差分析;干扰误差。主要包括冲击与振动运动干扰。 其他误差。如地球的模型描述误差、有害加速度补偿忽略二阶小量引起的误差等。 本节主要分析陀螺漂移和加速度计零偏等主要误差源引起的系统误差。 平台式惯导系统的导航参数主要有位置参数，速度参数，姿态参数。误差分析就是要找出陀螺仪漂移和加速度计零偏对导航参数的影响，找到误差的规律，尽可能减小误差。;5.4.1误差分析中常用的基本关系; 惯性元件加速度计就是放在平台坐标系内进行工作的，在不计安装误差时，他的敏感轴方向与平台坐标系各轴方向重合。真坐标系是人们在地球上规定的一个基准坐标系，是一个客观的参考坐标系，而平台坐标系则是由物理实体建立起来的一个实际基准。 ;三个坐标系的关系：真坐标系和平台坐标系的坐标原点相同，都在载体实际所处的地理位置，但他们的坐标轴取向略有不同；真坐标系和计算坐标系不仅坐标原点的位置不同，它们的坐标轴取向也不同。为了区别这三套坐标系，我们分别用下标t、p、c来表示真坐标系、平台坐标系和计算机坐标系。;小角度坐标变换的一般关系;真坐标系T到平台坐标系P的转换;计算机坐标系C和真坐标系T之间的变换 ;计算机坐标系C相对真坐标系T的偏差角 的物理意义 ;计算机坐标系C可由真坐标系T经两次旋转确定。 旋转过程如下：;写成分量形式;计算机坐标系C到平台坐标系P的坐标变换 ;5.4.2 方程;理想情况下，指令角速度 的大小等于载体相对惯性空间的角速度，因此陀螺平台应该以角速度 相对惯性空间旋转。但是在具体的物理实现上，加给陀螺的指令角速度信号是由导航计算机计算出来的，记做 ，表示计算机坐标系相对惯性空间的角速度。如果开始时平台坐标系和计算机坐标系各轴相互平行，陀螺又没有漂移，那么平台将始终以角速度 相对惯性空间旋转，这时平台坐标系实际模拟的是计算机坐标系。然而，由于陀螺存在漂移，稳定平台并不是以角速度 相对惯性空间旋转，而是以平台坐标系相对惯性空间的某个角速度 旋转。显然，平台坐标系各轴不 可能平行计算机坐标系各轴，而是有 一定偏差角 。 ;从偏差角 产生的机理来看，是由陀螺漂移率 引起的。我们来推导 和 的关系。 由于平台坐标系和计算坐标系之间存在偏差，因此平台坐标系相对惯