1、第五章慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，2010。11.01，2，主要內(nèi)容，參考系慣性導(dǎo)航基本原理介紹，加速度計(jì)平臺慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差和初始對準(zhǔn)慣性導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)展，3，1。概述(1)，導(dǎo)航：引導(dǎo)飛機(jī)到達(dá)目的地的過程。導(dǎo)航系統(tǒng)分為兩類：自主導(dǎo)航系統(tǒng)：它們可以在不與地面導(dǎo)航設(shè)備(如慣性導(dǎo)航系統(tǒng))合作的情況下獨(dú)立工作；非自主導(dǎo)航系統(tǒng)：必須配合地面導(dǎo)航設(shè)備，如無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。慣性導(dǎo)航：一種自主導(dǎo)航，它測量飛機(jī)的加速度(慣性)，并自動(dòng)將其整合以獲得飛機(jī)的瞬時(shí)速度和位置數(shù)據(jù)。引言(2)慣性導(dǎo)航的含義慣性導(dǎo)航可以在一個(gè)完全與外界條件和電磁環(huán)境隔絕的假想的“封閉”空間中實(shí)現(xiàn)精確導(dǎo)航。這具有巨大的軍事價(jià)值，因?yàn)閼T性導(dǎo)

2、航可以不受天氣和電子干擾的影響。導(dǎo)彈和軍用飛機(jī)的制導(dǎo)或?qū)Ш健８攀?3)，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可提供多達(dá)35個(gè)導(dǎo)航參數(shù)，主要包括：瞬時(shí)經(jīng)緯度、飛機(jī)的地速和航跡角、飛機(jī)的姿態(tài)角、航向角和角速度、沿給定坐標(biāo)軸的三個(gè)線性加速度、垂直(升力)速度、慣性高度等。概述(4)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可以提供完整的導(dǎo)航參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)(唯一可以直接測量飛機(jī)姿態(tài)參數(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng))。它不依賴于地面設(shè)施(不依賴于任何外部信息，也不向外部輻射能量)，不受地形和氣候條件的限制，也不受無線電干擾的影響。系統(tǒng)經(jīng)過校準(zhǔn)后，定位精度高，可以全天候在世界范圍內(nèi)工作。概述(5)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)必須給出運(yùn)動(dòng)的初始條件，使用前的自校準(zhǔn)時(shí)間較長，隨著使用時(shí)間的增加會

3、出現(xiàn)累積誤差，需要經(jīng)過一定時(shí)間后進(jìn)行修正。概述(5)慣性導(dǎo)航的理論基礎(chǔ)：牛頓第二定律(討論加速度、質(zhì)量和物體作用力之間的關(guān)系)，當(dāng)物體受到外力作用時(shí)，它會沿外力方向產(chǎn)生加速度，加速度與外力成正比，與物體質(zhì)量成反比；在這種情況下，如果物體的初始位置、初始速度和加速度是已知的，則可以計(jì)算出物體在任何時(shí)間的速度和位置。9，1。概述(6)，對于飛行器來說，加速度是一個(gè)空間矢量，因此有必要在飛行器上建立一個(gè)三維正交坐標(biāo)系，然后給出沿飛行器三個(gè)坐標(biāo)軸的初始條件，并測量運(yùn)動(dòng)加速度，從而進(jìn)一步推導(dǎo)出飛行器在任意時(shí)刻的速度矢量和空間位置。計(jì)算速度的方法是將時(shí)間與加速度積分，并加上初始速度值；計(jì)算位置的方法是把時(shí)

4、間和速度結(jié)合起來，加上初始位置值。10，1。概述(7)，其中A、V和S是飛機(jī)的加速度、速度和飛行距離；是初始速度和初始位置。11，2。參考坐標(biāo)系，機(jī)身坐標(biāo)系，地心慣性坐標(biāo)系，地球坐標(biāo)系，局部地理坐標(biāo)系，陀螺穩(wěn)定平臺坐標(biāo)系，12。垂直軸：飛行方向和飛機(jī)推力及阻力作用方向，水平軸：飛機(jī)滑動(dòng)測量或側(cè)向力作用方向，垂直軸：飛機(jī)升力和重力作用方向機(jī)身坐標(biāo)系，13。飛機(jī)運(yùn)動(dòng)自由度的六個(gè)參數(shù)(線性位移和角運(yùn)動(dòng))，14，2.1機(jī)身坐標(biāo)系：原點(diǎn)取自飛機(jī)。軸位于飛機(jī)對稱平面內(nèi)，與機(jī)身縱軸一致，指向前方；該軸也位于對稱平面內(nèi)并垂直于該軸，指向上方；軸和和軸形成右手坐標(biāo)系。15，ECI坐標(biāo)系，地球質(zhì)心，春分點(diǎn)，16，

5、2.2偏心慣性坐標(biāo)系(1)，ECI坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，平面與地球赤道面重合，軸指向相對于地球始終固定的方向ECI坐標(biāo)系不隨地球旋轉(zhuǎn)，可近似視為固定在慣性空間，慣性空間是慣性測量元件(陀螺儀、加速度計(jì))的參考標(biāo)準(zhǔn)。17，2.2地心慣性(ECI)坐標(biāo)系(2)，天球：一個(gè)假想的球，其半徑被認(rèn)為是無限的，地球位于天球的中心。將地球的旋轉(zhuǎn)軸延伸到天球上的位置就是天球的北極和南極。將地球赤道延伸到天球上的位置就是天球赤道。春分點(diǎn)：黃道(太陽在天球上的年度軌跡)從赤道的西面到東面，從南面到北面。18，天球，19，2.2地球坐標(biāo)系(1)，地心地球連接(ECEF)坐標(biāo)系，直角大地(大地)坐標(biāo)系，球面坐標(biāo)系

6、，20，ECEF坐標(biāo)系和ECI坐標(biāo)系，21，2.2地球坐標(biāo)系(2)，ECEF坐標(biāo)系：原點(diǎn)取在地球的質(zhì)心，軸與地球的旋轉(zhuǎn)軸重合，且軸指向原點(diǎn)。ECEF坐標(biāo)系與地球固定連接，并隨地球旋轉(zhuǎn)。22，2.2地球坐標(biāo)系(3)，大地坐標(biāo)系：基于標(biāo)準(zhǔn)(橢球)地球模型，ECEF坐標(biāo)被轉(zhuǎn)換為經(jīng)度、緯度和高度(高程)的大地測量參數(shù)。23，2.4本地地理坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于飛機(jī)的重心處，軸沿本地緯度切線指向東(東)，軸沿本地經(jīng)度切線指向北(北)，軸位于本地水平面內(nèi)，該平面垂直于地面，指向天空(上)，即地面的垂直方向。(本地)地理坐標(biāo)系隨飛機(jī)移動(dòng)，但無論飛機(jī)如何移動(dòng)，地理坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸方向都保持不變。24、本地地理坐標(biāo)系(

7、水平坐標(biāo)系)、25、2.5陀螺穩(wěn)定平臺坐標(biāo)系：原點(diǎn)取在平臺上，平面在平臺內(nèi)，軸線垂直于平臺，指向上方。坐標(biāo)系與臺體固定連接。慣性導(dǎo)航的基本原理(1)慣性導(dǎo)航的基本問題是確定飛機(jī)相對于地球的瞬時(shí)位置。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是基于載體加速度的測量。載體的速度通過對加速度積分一次獲得，載體相對于地球的位置(即緯度/經(jīng)度/高度)通過再次積分獲得。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的平臺坐標(biāo)系模擬選定的導(dǎo)航坐標(biāo)系，然后根據(jù)導(dǎo)航坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系的關(guān)系建立導(dǎo)航參數(shù)的計(jì)算方程，計(jì)算機(jī)根據(jù)該方程計(jì)算導(dǎo)航參數(shù)。27，3。慣性導(dǎo)航的基本原理(2)。如果選擇本地地理坐標(biāo)系作為導(dǎo)航坐標(biāo)系，則使用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的平臺坐標(biāo)系來模擬本地地理坐標(biāo)系。假設(shè)飛機(jī)沿著地球表面飛行，地球是一個(gè)理想的球體，并且不考慮地球的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(包括旋轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn))。平臺中的兩個(gè)軸始終平行于本地水平面，軸指向東方，軸指向北方。28、平臺坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系、29、3。慣性導(dǎo)航的基本原理(3)，沿和軸安裝兩個(gè)加速度計(jì)，測得的加速度是飛機(jī)加速度的(地理)東部和北部分量的總和，因此可以計(jì)算飛機(jī)兩個(gè)地面速度分量的總和，其中總和是飛機(jī)沿東部和北部方向的初始速度分量。慣性導(dǎo)航的基本原理(4)。如果飛機(jī)地面速度的東、北分量之和是已知的，那么由飛行引起的繞北、東的局部地理坐標(biāo)系相對于地球坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度就可以確定，即經(jīng)度