捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

《捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、1緒論隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大解算和控制功能代替機(jī)電穩(wěn)定系統(tǒng)成為可能。于是，一種新型慣導(dǎo)系統(tǒng)--捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)從20世紀(jì)60年代初開始發(fā)展起來(lái)，尤其在1969年，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)作為"阿波羅"-13號(hào)登月飛船的應(yīng)急備份裝置，在其服務(wù)艙發(fā)生爆炸時(shí)將飛船成功地引導(dǎo)到返回地球的軌道上時(shí)起到了決定性作用，成為捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)展中的一個(gè)里程碑。捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航(strap-downinertialnavigation)，捷聯(lián)（strap-down）的英語(yǔ)原義是“捆綁”的意思。因此捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航也就是將慣性測(cè)量元件（陀螺儀和加速

2、度計(jì)）直接裝在飛行器、艦艇、導(dǎo)彈等需要諸如姿態(tài)、速度、航向等導(dǎo)航信息的主體上，用計(jì)算機(jī)把測(cè)量信號(hào)變換為導(dǎo)航參數(shù)的一種導(dǎo)航技術(shù)?，F(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展為捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是利用慣性敏感器、基準(zhǔn)方向及最初的位置信息來(lái)確定運(yùn)載體的方位、位置和速度的自主式航位推算導(dǎo)航系統(tǒng)。在工作時(shí)不依賴外界信息，也不向外界輻射能量，不易受到干擾破壞。它完全是依靠載體自身設(shè)備獨(dú)立自主地進(jìn)行導(dǎo)航，它與外界不發(fā)生任何光、聲、磁、電的聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)了與外界條件隔絕的假想的“封閉”空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確導(dǎo)航。所以它具有隱蔽性好，工作不受氣象條件和

3、人為的外界干擾等一系列的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使得慣性導(dǎo)航在航天、航空、航海和測(cè)量上都得到了廣泛的運(yùn)用[1]1.1捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)工作原理及特點(diǎn)　　慣導(dǎo)系統(tǒng)主要分為平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)和捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)兩大類。慣導(dǎo)系統(tǒng)（INS）是一種不依賴于任何外部信息、也不向外部輻射能量的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)，具有隱蔽性好，可在空中、地面、水下等各種復(fù)雜環(huán)境下工作的特點(diǎn)?！　〗萋?lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)（SINS）是在平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，它是一種無(wú)框架系統(tǒng)，由三個(gè)速率陀螺、三個(gè)線加速度計(jì)和微型計(jì)算機(jī)組成。平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)和捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的主要區(qū)別是：前者有實(shí)體的物理平臺(tái)，陀螺和加

4、速度計(jì)置于陀螺穩(wěn)定的平臺(tái)上，該平臺(tái)跟蹤導(dǎo)航坐標(biāo)系，以實(shí)現(xiàn)速度和位置解算，姿態(tài)數(shù)據(jù)直接取自于平臺(tái)的環(huán)架；后者的陀螺和加速度計(jì)直接固連在載體上作為測(cè)量基準(zhǔn)，它不再采用機(jī)電平臺(tái)，慣性平臺(tái)的功能由計(jì)算機(jī)完成，即在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立一個(gè)數(shù)學(xué)平臺(tái)取代機(jī)電平臺(tái)的功能，其飛行器姿態(tài)數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算得到，故有時(shí)也稱其為"數(shù)學(xué)平臺(tái)"，這是捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)區(qū)別于平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的根本點(diǎn)。由于慣性元器件有固定漂移率，會(huì)造成導(dǎo)航誤差，因此，遠(yuǎn)程導(dǎo)彈、飛機(jī)等武器平臺(tái)通常采用指令、GPS或其組合等方式對(duì)慣導(dǎo)進(jìn)行定時(shí)修正，以獲取持續(xù)準(zhǔn)確的位置參數(shù)。如采用指令+捷聯(lián)式慣導(dǎo)、GP

5、S+慣導(dǎo)（GPS/INS）。美國(guó)的戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈采用了GPS+INS+地形匹配組合導(dǎo)航?！　T導(dǎo)系統(tǒng)基本工作原理是以牛頓力學(xué)定律為基礎(chǔ)，通過(guò)測(cè)量載體在慣性參考系的加速度，將它對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，之后將其變換到導(dǎo)航坐標(biāo)系，得到在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的速度、偏航角和位置信息等。對(duì)捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)而言，平臺(tái)的作用和概念體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)中，它是寫在計(jì)算機(jī)中的方向余弦陣。直接安裝在載體上的慣性元件測(cè)得相對(duì)慣性空間的加速度和角加速度是沿載體軸的分量，將這些分量經(jīng)過(guò)一個(gè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方向余弦陣，可以轉(zhuǎn)換到要求的計(jì)算機(jī)坐標(biāo)系內(nèi)的分量。如果這個(gè)矩陣可以描述載體和地理坐標(biāo)系之間的關(guān)

6、系，那么載體坐標(biāo)系測(cè)得的相對(duì)慣性空間的加速度和角速度，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后便可得到沿地理坐標(biāo)系的加速度和角速度分量，有了已知方位的加速度和角速度分量之后，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)便可根據(jù)相應(yīng)的力學(xué)方程解出要求的導(dǎo)航和姿態(tài)參數(shù)來(lái)。捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)原理方框圖如圖1所示?！　〗萋?lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)和平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)一樣，能精確提供載體的姿態(tài)、地速、經(jīng)緯度等導(dǎo)航參數(shù)。但平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、可靠性較低、故障間隔時(shí)間較短、造價(jià)較高，為可靠起見，通常在一個(gè)運(yùn)載體上要配用兩套慣導(dǎo)裝置，這就增加了維修和購(gòu)置費(fèi)用。在捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中，由于計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的方向余弦解析參考系取代了平臺(tái)系統(tǒng)以物理

7、形式實(shí)現(xiàn)的參考系，因此，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)有以下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)?！　。?）去掉了復(fù)雜的平臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單，減小了系統(tǒng)的體積和重量，同時(shí)降低了成本，簡(jiǎn)化了維修，提高了可靠性?！　。?）無(wú)常用的機(jī)械平臺(tái)，縮短了整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)間，也消除了與平臺(tái)系統(tǒng)有關(guān)的誤差。　?。?）無(wú)框架鎖定系統(tǒng)，允許全方位（全姿態(tài)）工作。　?。?）除能提供平臺(tái)式系統(tǒng)所能提供的所有參數(shù)外，還可以提供沿彈體三個(gè)軸的速度和加速度信息。　　但是，由于在捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中，慣性元件與載體直接固連，其工作環(huán)境惡劣，對(duì)慣性元件及機(jī)（彈）載計(jì)算機(jī)等部件也提出了較高的要求?！　。?）

8、要求加速度表在寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)具有高性能、高可靠性，且能數(shù)字輸出。　　（2）因?yàn)橐ＷC大攻角下的計(jì)算精度，對(duì)計(jì)算機(jī)的速度和容量都提出了較高的要求。1.2捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)　　目前，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)已在軍民領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，