捷聯(lián)式地面輔助導(dǎo)航經(jīng)典案例

《捷聯(lián)式地面輔助導(dǎo)航經(jīng)典案例》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、導(dǎo)航技術(shù)基礎(chǔ)（8）教師：李勝E-mail：livic@126.com上節(jié)課主要內(nèi)容平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)*組成結(jié)構(gòu)工作原理三種平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)*位置解算速度解算指令角速度解算慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對(duì)準(zhǔn)過程平臺(tái)控制回路的性能指標(biāo)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)StrapdownInertialNavigationSystem把慣性儀表直接固聯(lián)在載體上，用計(jì)算機(jī)來完成導(dǎo)航平臺(tái)的功能的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。捷聯(lián)導(dǎo)航系統(tǒng)的組成捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)大體上由一組慣性儀表、一臺(tái)計(jì)算機(jī)和一些輔助單元組成：1.儀表組件2.儀表的電子部件3.計(jì)算機(jī)（姿態(tài)計(jì)算、導(dǎo)航計(jì)算）4.輸入/輸出接口5.電源模塊捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)1.整個(gè)系統(tǒng)

2、的體積、重量和成本上大大降低，通常陀螺儀和加速度計(jì)只占導(dǎo)航平臺(tái)重量的1/7；2.慣性儀表便于安裝維護(hù)，也便于更換；3.慣性儀表可以給出載體軸向的線加速度和角速度，這些信息是控制系統(tǒng)所需要的。和平臺(tái)式導(dǎo)航系統(tǒng)相比，捷聯(lián)式系統(tǒng)可以提供更多的導(dǎo)航和制導(dǎo)信息。4.慣性儀表便于采用余度配置，提高系統(tǒng)的可靠性及各項(xiàng)性能；AN/WSN-5和FIN3110對(duì)比FIN3110功耗-40W設(shè)備尺寸(cm)-19.5×21.6×29重量(kg)-12AN/WSN-5功耗-440W設(shè)備尺寸(cm)-43.9×53.3×117.6重量(kg)-172.7捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的不足1.慣性儀表直接固

3、聯(lián)在載體上，直接承受載體的振動(dòng)和沖擊，工作環(huán)境惡劣；2.慣性儀表特別是陀螺儀直接測量載體的角運(yùn)動(dòng)，要求捷聯(lián)陀螺有較大的施矩速度和高性能的再平衡回路；3.裝機(jī)標(biāo)定比較困難，從而要求捷聯(lián)陀螺有更高的性能；4.計(jì)算量較大，要求高性能計(jì)算機(jī)支持；簡單的二維導(dǎo)航系統(tǒng)一臺(tái)陀螺儀兩個(gè)加速度計(jì)一臺(tái)計(jì)算機(jī)簡單的二維捷聯(lián)導(dǎo)航參考坐標(biāo)系二維系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的導(dǎo)航固定坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下導(dǎo)航方程的比較三維捷聯(lián)導(dǎo)航系統(tǒng)的基本分析1.相對(duì)于固定坐標(biāo)系的導(dǎo)航考慮相對(duì)于一個(gè)固定的，既沒有加速度、沒有轉(zhuǎn)動(dòng)的軸系的導(dǎo)航情況。P點(diǎn)相對(duì)于空間固聯(lián)坐標(biāo)系的加速度：P點(diǎn)比力大小為：導(dǎo)航方程：三維捷聯(lián)導(dǎo)航系統(tǒng)的

4、基本分析2.相對(duì)于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的導(dǎo)航考慮相對(duì)于一個(gè)非固定的，繞慣性坐標(biāo)系轉(zhuǎn)動(dòng)的軸系下運(yùn)載體的導(dǎo)航情況。由于參考坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生附加的外部力，由此導(dǎo)致對(duì)導(dǎo)航方程的修改矢量叉乘加速度計(jì)測量值的分解慣性空間中捷聯(lián)導(dǎo)航系統(tǒng)方框圖參考坐標(biāo)系慣性坐標(biāo)系（i系）：原點(diǎn)位于地球中心，坐標(biāo)軸相對(duì)于恒星無轉(zhuǎn)動(dòng)。地球坐標(biāo)系（e系）：原點(diǎn)位于地球中心，坐標(biāo)軸與地球固聯(lián)。參考坐標(biāo)系導(dǎo)航坐標(biāo)系（n系）：是一種當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系，原點(diǎn)位于導(dǎo)航系統(tǒng)所在的P點(diǎn)，坐標(biāo)軸指向東北天，導(dǎo)航坐標(biāo)系相對(duì)于地球固聯(lián)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度，通常稱為轉(zhuǎn)移速率。載體坐標(biāo)系（b系）：原點(diǎn)在載體導(dǎo)航系統(tǒng)中心，軸向分別沿運(yùn)載體的翻滾

5、軸、俯仰軸和偏航軸。慣性坐標(biāo)系下導(dǎo)航方程的形式慣性坐標(biāo)系下導(dǎo)航方程的形式慣性坐標(biāo)系下捷聯(lián)導(dǎo)航方框圖地球坐標(biāo)系下導(dǎo)航方程的形式（1）地球坐標(biāo)系下導(dǎo)航方程的形式（2）地球坐標(biāo)系下捷聯(lián)導(dǎo)航方框圖當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系下導(dǎo)航方程的形式當(dāng)?shù)氐乩碜鴺?biāo)系下捷聯(lián)導(dǎo)航方框圖游動(dòng)方位坐標(biāo)系下導(dǎo)航方程的形式游動(dòng)方位坐標(biāo)系下捷聯(lián)導(dǎo)航方框圖四種導(dǎo)航坐標(biāo)系下導(dǎo)航方框圖比較捷聯(lián)導(dǎo)航系統(tǒng)中載體姿態(tài)的表示在捷聯(lián)系統(tǒng)當(dāng)中加速度計(jì)所測量到的載體加速度需要通過左乘方向余弦矩陣后分解為參考坐標(biāo)系內(nèi)的加速度分量才能用于導(dǎo)航計(jì)算機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航信息解算。方向余弦矩陣是一個(gè)3x3的矩陣，矩陣的列表示載體坐標(biāo)系的單位矢量在參考坐標(biāo)

6、系中的投影；歐拉角，通過三個(gè)旋轉(zhuǎn)角表示一個(gè)坐標(biāo)系到另一個(gè)坐標(biāo)系的變換；四元數(shù)，通過一個(gè)具有四個(gè)元素的矢量表達(dá)式表示一個(gè)坐標(biāo)系到另一個(gè)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換；方向余弦矩陣（一）方向余弦矩陣（二）方向余弦矩陣（三）方向余弦矩陣的導(dǎo)數(shù)歐拉角（一）一個(gè)坐標(biāo)系到另一個(gè)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換還可以通過繞不同坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。比如，從參考坐標(biāo)系到一個(gè)新坐標(biāo)系的變換可以表示為繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)ψ角，再繞y軸轉(zhuǎn)動(dòng)θ角，再繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)φ角。ψ角，θ角，φ角稱為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的歐拉角。在平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，歐拉角可以通過3個(gè)框架之間的角度傳感器檢測到。歐拉角（二）如果已知一個(gè)參考坐標(biāo)系到載體坐標(biāo)系的歐拉角，則可以計(jì)算

7、得到參考坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系之間的方向余弦矩陣：歐拉角（三）歐拉角的時(shí)間導(dǎo)數(shù)四元數(shù)（一）四元數(shù)用q來表示，它是一個(gè)具有4個(gè)元素的矢量，這些元素是該矢量方向和轉(zhuǎn)動(dòng)角度的函數(shù)。四元數(shù)姿態(tài)表達(dá)式的思路是：一個(gè)坐標(biāo)系到另一個(gè)坐標(biāo)系的變換可以通過繞一個(gè)定義在參考坐標(biāo)系中的矢量μ的單次轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。四元數(shù)（二）四元數(shù)（三）如果已知一個(gè)參考坐標(biāo)系到載體坐標(biāo)系的四元數(shù)，則可以計(jì)算得到參考坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系之間的方向余弦矩陣：四元數(shù)（四）四元數(shù)的時(shí)間導(dǎo)數(shù)三種姿態(tài)表示法之間的關(guān)系（一）方程1見36頁幻燈方程2見40頁幻燈三種姿態(tài)表示法之間的關(guān)系（二）已知方向余弦矩陣，計(jì)算四