平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)原理及應(yīng)用(1)

1、 8.3 8.3 自由方位慣導(dǎo)系統(tǒng)自由方位慣導(dǎo)系統(tǒng) 8.1 8.1 概概 述述 8.5 8.5 平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)初始平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)初始 對準(zhǔn)原理對準(zhǔn)原理 8.2 8.2 指北方位慣導(dǎo)系統(tǒng)指北方位慣導(dǎo)系統(tǒng) 8.4 8.4 游動方位慣導(dǎo)系統(tǒng)游動方位慣導(dǎo)系統(tǒng) 缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，制造成本高。 8.1 8.1 概概 述述 變換到導(dǎo)航坐標(biāo)系上，進(jìn)行導(dǎo)航計算。 優(yōu)點：無平臺，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，維護(hù)方 便。 缺點：慣性元件直接裝在載體上，環(huán)境惡劣， 對元件要求較高；坐標(biāo)變換中計算量大。 引起的 有害加速度后，計算載體相對地球的速度 和位置 。主要用于飛機(jī)和飛航式導(dǎo)彈，可省略垂 直通道 加速度計，簡化系統(tǒng)。

2、 （2 2）幾何式：該系統(tǒng)有）幾何式：該系統(tǒng)有兩兩個平臺，一個裝有個平臺，一個裝有陀螺陀螺， 相對相對慣性慣性空間穩(wěn)定；另一個裝有空間穩(wěn)定；另一個裝有加速度計加速度計，跟蹤，跟蹤 地理地理坐標(biāo)系。陀螺平臺和加速度計平臺間的坐標(biāo)系。陀螺平臺和加速度計平臺間的幾何幾何 關(guān)系可確定載體的關(guān)系可確定載體的經(jīng)緯度經(jīng)緯度，故稱，故稱幾何式幾何式慣導(dǎo)系統(tǒng)。慣導(dǎo)系統(tǒng)。 主要用于主要用于船舶船舶和和潛艇潛艇的導(dǎo)航定位。精度較高，可的導(dǎo)航定位。精度較高，可 長時間工作，計算量小，但平臺結(jié)構(gòu)復(fù)雜。長時間工作，計算量小，但平臺結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 （3 3）解析式：陀螺和加速度計裝于同一平臺，）解析式：陀螺和加速度計裝于同一平

3、臺， 平臺相對平臺相對慣性空間慣性空間穩(wěn)定。加速度計測量值包含穩(wěn)定。加速度計測量值包含 重力重力分量，在導(dǎo)航計算前必須先消除重力加速分量，在導(dǎo)航計算前必須先消除重力加速 度影響。求出的參數(shù)是相對慣性空間，需進(jìn)一度影響。求出的參數(shù)是相對慣性空間，需進(jìn)一 步計算步計算轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為相對地球的參數(shù)。平臺結(jié)構(gòu)較簡為相對地球的參數(shù)。平臺結(jié)構(gòu)較簡 單，計算量較大，主要用于宇宙航行及彈道式單，計算量較大，主要用于宇宙航行及彈道式 導(dǎo)彈。導(dǎo)彈。 導(dǎo)彈依在空中飛行的彈道可分兩類：導(dǎo)彈依在空中飛行的彈道可分兩類：飛航式飛航式 導(dǎo)彈和導(dǎo)彈和彈道式彈道式導(dǎo)彈，也可稱有翼導(dǎo)彈和無翼導(dǎo)彈。導(dǎo)彈，也可稱有翼導(dǎo)彈和無翼導(dǎo)彈。 (

4、 (巡航巡航導(dǎo)彈在彈道特征和彈體外形都有導(dǎo)彈在彈道特征和彈體外形都有飛航飛航式的特性，應(yīng)作為飛航式的特性，應(yīng)作為飛航 式的一種，而不能單獨(dú)分類。式的一種，而不能單獨(dú)分類。) ) 飛航式飛航式: :在在大氣層大氣層中飛行，有彈翼、尾翼和舵中飛行，有彈翼、尾翼和舵 面。面。彈翼彈翼用于在大氣層中飛行時產(chǎn)生流體用于在大氣層中飛行時產(chǎn)生流體升力升力， 平衡導(dǎo)彈的重量。平衡導(dǎo)彈的重量。尾翼尾翼用于保持導(dǎo)彈飛行姿態(tài)的用于保持導(dǎo)彈飛行姿態(tài)的 穩(wěn)定性穩(wěn)定性。舵面舵面是用來控制導(dǎo)彈飛行姿態(tài)和彈道的是用來控制導(dǎo)彈飛行姿態(tài)和彈道的 調(diào)整。調(diào)整。 特點：飛行距離較特點：飛行距離較近近，多是戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈。長度、彈徑和重量，

5、多是戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈。長度、彈徑和重量 較較小小，飛機(jī)、艦艇、潛艇和車輛均可作為發(fā)射平臺。，飛機(jī)、艦艇、潛艇和車輛均可作為發(fā)射平臺。 彈道式：彈道式：起飛起飛階段必須在大氣層內(nèi)，階段必須在大氣層內(nèi)，平飛平飛前前 進(jìn)階段主要在空氣稀少的高空或外層空間，進(jìn)階段主要在空氣稀少的高空或外層空間，下降下降 階段再入大氣層。彈道式導(dǎo)彈不在大氣層中長時階段再入大氣層。彈道式導(dǎo)彈不在大氣層中長時 間平行飛行，間平行飛行，不不需要飛航式導(dǎo)彈那樣的彈翼和操需要飛航式導(dǎo)彈那樣的彈翼和操 縱面，有的則連尾翼都沒有?？v面，有的則連尾翼都沒有。 特點：空氣阻力小，飛行速度快，飛行距離遠(yuǎn)，能進(jìn)行洲際攻擊。特點：空氣阻力小，飛行速度

6、快，飛行距離遠(yuǎn)，能進(jìn)行洲際攻擊。 地的水平面內(nèi)。由于地球的旋轉(zhuǎn)和飛機(jī)的運(yùn)動，平臺地的水平面內(nèi)。由于地球的旋轉(zhuǎn)和飛機(jī)的運(yùn)動，平臺 的橫軸、的橫軸、 縱軸不指向地理東、北，而是有一定自由夾角，故稱縱軸不指向地理東、北，而是有一定自由夾角，故稱 它為自由它為自由 方位慣導(dǎo)系統(tǒng)，其平臺稱為自由方位平臺。方位慣導(dǎo)系統(tǒng)，其平臺稱為自由方位平臺。 （3）游動方位慣導(dǎo)系統(tǒng)：與自由方位類似，平臺的臺與自由方位類似，平臺的臺 面處于當(dāng)面處于當(dāng) 地水平面，方位軸只跟蹤地球自轉(zhuǎn)的分量。地水平面，方位軸只跟蹤地球自轉(zhuǎn)的分量。 平臺式慣導(dǎo)的基本組成平臺式慣導(dǎo)的基本組成 平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)由三軸陀螺穩(wěn)定平臺（包含陀螺儀）、 加

7、速度計、導(dǎo)航計算機(jī)、控制顯示器等部分組成。 三三 三種平臺式慣導(dǎo)的特點三種平臺式慣導(dǎo)的特點(p299)(p299) 8.2 8.2 指北方位慣導(dǎo)系統(tǒng)指北方位慣導(dǎo)系統(tǒng) 指北方位慣導(dǎo)系統(tǒng)是平臺慣導(dǎo)中最基本的類型。陀 螺平臺建立的理想坐標(biāo)系與地理坐標(biāo)系完全重合。這樣 的平臺需用一個三軸穩(wěn)定平臺，并對兩個水平軸進(jìn)行舒 勒調(diào)諧和積分修正控制其在水平面內(nèi)，對方位軸系統(tǒng)施 以控制信號使其指向北方。 本章解決的主要問題：本章解決的主要問題：平臺各軸的指令角速度、加 速度測量、導(dǎo)航參數(shù)解算 一一 系統(tǒng)組成（系統(tǒng)組成（P300） 1.1.外橫滾環(huán)外橫滾環(huán) 2.2.俯仰輸出同步器俯仰輸出同步器 3.3.傾斜輸出同步

8、器傾斜輸出同步器 4.4.內(nèi)橫滾環(huán)力矩器內(nèi)橫滾環(huán)力矩器 5.5.俯仰環(huán)俯仰環(huán) 6.6.平臺航向同步器平臺航向同步器 7.7.方位環(huán)力矩器方位環(huán)力矩器 8.8.方位環(huán)方位環(huán) 9.9.俯仰力矩器俯仰力矩器 10.10.內(nèi)橫滾環(huán)同步器內(nèi)橫滾環(huán)同步器 11.11.外橫滾環(huán)力矩器外橫滾環(huán)力矩器 12.12.外橫滾伺服放大器外橫滾伺服放大器 13.13.內(nèi)橫滾環(huán)內(nèi)橫滾環(huán) 14.14.內(nèi)橫滾伺服放大器內(nèi)橫滾伺服放大器 15.15.方位環(huán)伺服放大器方位環(huán)伺服放大器 16.16.穩(wěn)定信號分配器穩(wěn)定信號分配器 17.17.俯仰伺服放大器俯仰伺服放大器 18.18.鎖定放大器鎖定放大器 19.19.方式選擇器方式選

9、擇器 20.20.控制顯示組件控制顯示組件 21.21.計算機(jī)計算機(jī) 跟蹤地理坐標(biāo)系跟蹤地理坐標(biāo)系 1.地理坐標(biāo)系相對慣性系 的運(yùn)動規(guī)律： cos cos sin N xt E yte E zte VV RR V R V tg R e 式中： 為地球半徑， 為地球自轉(zhuǎn)速度， 為當(dāng)?shù)鼐?度， 為飛行速度 V R 2.2.控制平臺跟蹤地理坐標(biāo)系控制平臺跟蹤地理坐標(biāo)系 在平臺上建立地理坐標(biāo)系，包括：在平臺上建立地理坐標(biāo)系，包括： 初始對準(zhǔn)初始對準(zhǔn)初始狀態(tài)時將平臺坐標(biāo)調(diào)整到與起始點的初始狀態(tài)時將平臺坐標(biāo)調(diào)整到與起始點的 地理系坐標(biāo)一致；地理系坐標(biāo)一致； 修正控制修正控制在對準(zhǔn)基礎(chǔ)上控制平臺跟蹤地理系變

10、化。在對準(zhǔn)基礎(chǔ)上控制平臺跟蹤地理系變化。 假設(shè)初始對準(zhǔn)已完成（假設(shè)初始對準(zhǔn)已完成（該內(nèi)容后面章節(jié)講解該內(nèi)容后面章節(jié)講解），修），修 正控制正控制步驟步驟：首先使平臺相對慣性空間：首先使平臺相對慣性空間穩(wěn)定穩(wěn)定；其次對平；其次對平 臺進(jìn)行臺進(jìn)行水平水平修正和修正和方位方位修正，使平臺保持在水平面內(nèi)而修正，使平臺保持在水平面內(nèi)而 方位始終指北。方位始終指北。 （1 1）穩(wěn)定系統(tǒng)）穩(wěn)定系統(tǒng) 方位軸穩(wěn)定系統(tǒng)：方位軸穩(wěn)定系統(tǒng)：方位軸上有干擾力矩，上陀螺的z 傳感器感受角偏移。 內(nèi)橫滾環(huán)穩(wěn)定系統(tǒng)：內(nèi)橫滾環(huán)穩(wěn)定系統(tǒng)：內(nèi)橫滾軸上有干擾力矩，兩種情 況：當(dāng)內(nèi)橫滾軸與平臺y軸平行，下陀螺外環(huán)上的x傳感 器感受角偏

11、移；當(dāng)內(nèi)橫滾軸與平臺y軸不平行，即夾角 為航向角時，內(nèi)橫滾軸的干擾力矩上、下陀螺都感受， 此時兩個陀螺信號要經(jīng)信號分配器，再送到穩(wěn)定電機(jī)處 理。 俯仰環(huán)穩(wěn)定系統(tǒng)俯仰環(huán)穩(wěn)定系統(tǒng)：俯仰軸有干擾力矩，當(dāng)俯仰軸與 水平軸一致，上陀螺外環(huán)軸上y傳感器感受角偏移； 不一致，上、下陀螺都感受，需送入方位信號分解器 處理。 外橫滾環(huán)穩(wěn)定系統(tǒng)外橫滾環(huán)穩(wěn)定系統(tǒng)：外橫滾環(huán)的穩(wěn)定基準(zhǔn)是內(nèi)橫滾 環(huán)。外橫滾軸上有干擾力矩，外橫滾環(huán)偏離原位置， 并帶動俯仰環(huán)繞外橫滾軸偏離，此時內(nèi)橫滾軸與俯仰 環(huán)間信號器感受此偏離，輸出信號驅(qū)動恢復(fù)原位。 上、下陀螺自轉(zhuǎn)軸垂直鎖定電路上、下陀螺自轉(zhuǎn)軸垂直鎖定電路：為保持上、下陀 螺自轉(zhuǎn)軸相互

12、垂直。 （2 2）水平和方位修正）水平和方位修正 四套穩(wěn)定系統(tǒng)使平臺相四套穩(wěn)定系統(tǒng)使平臺相 對慣性空間對慣性空間保持穩(wěn)定保持穩(wěn)定，為使，為使 平臺跟蹤地理坐標(biāo)系，須對平臺跟蹤地理坐標(biāo)系，須對 平臺實施水平和方位修正。平臺實施水平和方位修正。 即利用地理坐標(biāo)系運(yùn)動規(guī)律即利用地理坐標(biāo)系運(yùn)動規(guī)律 給平臺各軸施加給平臺各軸施加指令角速率指令角速率 （施加到相應(yīng)的（施加到相應(yīng)的陀螺力矩器陀螺力矩器 上）。上）。 cos cos sin N xt E yte E zte VV RR V R V tg R 2 2 (1 23sin) (1sin) / Ne Me epe ep RRee RRe eRRR R

13、R 其中: 為長半徑，為短半徑 M R 上述公式中地球半徑上述公式中地球半徑 是以地球為是以地球為圓球圓球計算的，計算的， 實際地球?qū)嶋H地球非非正圓球體，接正圓球體，接 近近橢球橢球。慣導(dǎo)中使用橢球。慣導(dǎo)中使用橢球 參數(shù)，參數(shù)， 為當(dāng)?shù)刈游缑鎯?nèi)為當(dāng)?shù)刈游缑鎯?nèi) 的的曲率半徑曲率半徑; ; 為當(dāng)?shù)睾蜑楫?dāng)?shù)睾?子午面垂直的法線平面內(nèi)子午面垂直的法線平面內(nèi) 的的曲率半徑曲率半徑； 為地球的為地球的 橢圓度稱為扁率。橢圓度稱為扁率。 故指令角速率方程變?yōu)椋汗手噶罱撬俾史匠套優(yōu)椋?e N R tg R V R V R V R V M E ezt M E eyt N N xt sin cos cos 控制修

14、正過程：平臺上東、北向加速度計，測得的控制修正過程：平臺上東、北向加速度計，測得的加速加速 度度送給導(dǎo)航計算機(jī)，求出東、北向速度，再求出送給導(dǎo)航計算機(jī)，求出東、北向速度，再求出指令角指令角 速度速度送到上、下陀螺相應(yīng)的力矩器產(chǎn)生力矩使陀螺進(jìn)動，送到上、下陀螺相應(yīng)的力矩器產(chǎn)生力矩使陀螺進(jìn)動， 輸出信號經(jīng)過穩(wěn)定回路，驅(qū)動平臺按規(guī)律轉(zhuǎn)動。（輸出信號經(jīng)過穩(wěn)定回路，驅(qū)動平臺按規(guī)律轉(zhuǎn)動。（具體具體 過程見過程見p304p304） 注意注意：穩(wěn)定系統(tǒng)和修正系統(tǒng)的執(zhí)行部分：穩(wěn)定系統(tǒng)和修正系統(tǒng)的執(zhí)行部分相同相同，由狀態(tài)開，由狀態(tài)開 關(guān)控制時間。而穩(wěn)定系統(tǒng)是關(guān)控制時間。而穩(wěn)定系統(tǒng)是快快速反應(yīng)系統(tǒng)，修正系統(tǒng)為速反應(yīng)

15、系統(tǒng)，修正系統(tǒng)為 慢慢速具有速具有84.484.4分鐘周期的舒勒調(diào)諧系統(tǒng)。故此，穩(wěn)定和分鐘周期的舒勒調(diào)諧系統(tǒng)。故此，穩(wěn)定和 修正修正不不會相互會相互干擾干擾。 加速度的測量問題加速度的測量問題 加速度計輸出的為相對慣性空間的加速度，慣導(dǎo)計算中需 知相對地球水平面的加速度。 1.1.平臺支點的絕對加速度平臺支點的絕對加速度 （1）平臺支點絕對加速度 2 ipepkeepeepepee aVaaVVR e ep V R ep 式中： 為地球自轉(zhuǎn)角速度矢量； 為平臺相對地球的速度矢量； 為平臺支點到地心的矢量； 為平臺相對地球的轉(zhuǎn)動角速度矢量。 （2）加速度計測量絕對加速度 mipm ipm ipm

16、 F FFmgag m F fafg m fag 彈 慣彈 彈 令 ip a 稱為比力，為加速度計的輸出值。表示加速度計的單位擺 所受的彈簧力，為平臺支點的 絕對加速度與 引力加速度之 差。不完全代表絕對加速度值。 f m g gVfV Rgg RVVgf epepeep eem eeepepeepm 2 2 則 令 2.2.導(dǎo)航方程導(dǎo)航方程 要得到平臺支點相對地球的加速度，從比力信號中 去掉最后兩項有害加速度，包括由于地球自轉(zhuǎn)和飛行速 度引起的哥式加速度和重力加速度。不僅適用于指北方 位慣導(dǎo)，也適用與其它慣導(dǎo)，稱為慣性導(dǎo)航基本方程。 2 2sin 2sin tt xyttt xxey M t

17、 x ttt yyex M VV VfVtg R V VfVtg R , tt xy VV 在指北方位慣導(dǎo)系統(tǒng)中，經(jīng)分解到地理系上，沿東向、 北向的加速度標(biāo)量計算為： 式中：式中： 為地理系沿東向和北向軸的加速度； 為東向和北向加速度計測出的比力信號。 , tt xy ff 四四 導(dǎo)航參數(shù)解算導(dǎo)航參數(shù)解算 1.飛機(jī)東向、北向速度及地速 2.飛機(jī)的位置參數(shù) t ytytyt t xtxtxt VdtVV VdtVV 0 0 0 0 2 2 ytxt VVV t M xt t N yt dt R V dt R V 0 0 0 0 sec 3.平臺軸的指令角速率 tg R V R V R V R V

18、 M t x e t ipz M t x e p ipy N t yp ipx sin cos cos 4.其它導(dǎo)航參數(shù)計算 指北方位慣導(dǎo)系統(tǒng)特點：指北方位慣導(dǎo)系統(tǒng)特點： （1）平臺模擬地理坐標(biāo)系，可從平臺環(huán)架軸上直接測 出飛機(jī)俯仰、傾斜、航向角。 （2）加速度計測出的是地理系各軸的比力，計算簡單， 對計算機(jī)要求低。 （3）不能在高緯度工作（方位變化快，高緯度經(jīng)線收 斂較大，平臺方位施距太大，陀螺力矩器和穩(wěn)定回路設(shè) 計困難；計算方位指令角速率時，公式中出現(xiàn) ， 當(dāng) 計算機(jī)產(chǎn)生溢出）。 tg 90 8.3 8.3 自由方位慣導(dǎo)系統(tǒng)自由方位慣導(dǎo)系統(tǒng) 自由方位慣導(dǎo)系統(tǒng)是指其方位軸指向慣性空間的某 一

19、個方向，可以和北向成任意夾角。平臺的臺面仍要保 持在當(dāng)?shù)氐乃矫鎯?nèi)。這樣，平臺上的方位陀螺將不施 加控制信號，只給使控制平臺保持在當(dāng)?shù)厮矫鎯?nèi)的陀 螺施加控制指令。它克服了指北平臺實現(xiàn)方位施距及方 位穩(wěn)定回路設(shè)計困難的缺點。 自由方位慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航參數(shù)計算要比指北方位慣 導(dǎo)系統(tǒng)麻煩一些。原因是平臺坐標(biāo)系的方位與地理坐標(biāo) 系方位存在一個自由角度，所以導(dǎo)航計算中增加了坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換計算的工作量。 dttg R V KtK tg R V tK t M t x e M t x e p ipz 0 sin0 sin 0 tK KK KK t ipz t ipy t ipx p ipz p ipy p ipx

20、 0 0 100 0cossin 0sincos 一一 平臺指令角速率平臺指令角速率 Xt Yt Xp Yp K K cossin sincos pt xx pt yy ffKK ffKK 二二 比力方程比力方程 t ipy t ipx p ipy p ipx KK KK cossin sincos 為保持平臺水平，相應(yīng)的控制指令角速率為為保持平臺水平，相應(yīng)的控制指令角速率為 三 自由方位慣導(dǎo)系統(tǒng)原理 8.4 8.4 游動方位慣導(dǎo)系統(tǒng)游動方位慣導(dǎo)系統(tǒng) 游動方位慣導(dǎo)系統(tǒng)，與自由方位類似，使平臺的臺面處于當(dāng) 地水平面，方位軸只跟蹤地球自轉(zhuǎn)的分量。 sin p ipze 一一 坐標(biāo)變換坐標(biāo)變換 1.

21、游動方位系和地理坐標(biāo)系的關(guān)系 t t t p p p z y x z y x 100 0cossin 0sincos Xt Yt Xp Yp K K 稱為方向余弦矩陣 優(yōu)點：方向余弦陣的逆矩陣等于它自身的轉(zhuǎn)置，稱為正交性。 在矩陣計算中，減少繁瑣的運(yùn)算，提高計算性能。 p t C 2.地球系與地理坐標(biāo)系的關(guān)系（過程見p312） 這兩個坐標(biāo)系間關(guān)系與地理系原點所在經(jīng)緯度有關(guān)，他們間的 方向余弦關(guān)系為： e e e t t t z y x z y x 100 0cossin 0sincos sin0cos 010 cos0sin 100 001 010 3.平臺系與地球系間的關(guān)系 e e e e

22、e e p e e e e e e e p p p z y x CCC CCC CCC z y x C z y x z y x z y x 333231 232221 131211 sinsincoscoscos coscoscossinsinsincossinsincossincos cossincoscossinsinsinsincoscossinsin 100 0cossin 0sincos sin0cos 010 cos0sin 100 001 010 100 0cossin 0sincos ：稱為位置矩陣 p e C p e C p e C 0 00 00 0 p epx p epy

23、 p epx p epy p ep p e p ep p e p e p e p e CtC ttCCtC 其中 而 p epy p epx 和 反映了游動平臺系與地球系之間的關(guān)系，隨著飛機(jī)位置 及游動角的變化， 也隨之變化，且可由計算機(jī)算出。 p e C 游動方位慣導(dǎo)位置角速率游動方位慣導(dǎo)位置角速率 1.地理系相對地球的位置角速率方程為： t yt etx N t t x ety M t t x etz M V R V R V tg R 2.游動系的位置角速率 cossin sincos p y p x t y p y p x t x VVV VVV tg R VV R VV M p y p

24、 xt ety N p y p xt etx sincos cossin p y p x a p y p x MNMN MNMN t ety t etx p epy p epx V V C V V RRRR RRRR cossin 11cossin sincos cossin 11 cossin sincos 22 22 三三 游動方位平臺的指令角速率游動方位平臺的指令角速率 33 23 13 sin coscos sincos C C C ee p tpz p epye p epye p tpy p epxe p epxe p tpx 四四 導(dǎo)航參數(shù)計算（導(dǎo)航參數(shù)計算（p317p317） 五

25、五 游動方位慣導(dǎo)系統(tǒng)原理框圖游動方位慣導(dǎo)系統(tǒng)原理框圖 1.克服了指北方位回路和方位指令計算實施的困難。 2.可進(jìn)行全球?qū)Ш剑静皇軜O區(qū)影響。 3.方位指令計算避免了溢出，但位置計算仍有溢出問題 8.5 8.5 平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn)原理平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn)原理 一一 概述概述 由慣導(dǎo)系統(tǒng)原理可知，飛機(jī)的速度和位置是由測得的加速 度經(jīng)過積分而得到的。要進(jìn)行積分，必須知道初始條件，如初 始速度和位置。初始條件(如初始速度和位置)的引入是容易的。 在靜基座(地面)情況下，初始速度為零，初始位置為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)、 緯度。在動基座情況下，初始條件一般由外界提供。給定初始 速度和位置的操作也較簡單，只要將這

26、些數(shù)值通過控制顯示器 送入計算機(jī)即可。 平臺是測量加速度的基準(zhǔn)，這就要求開始測量加速度時， 平臺應(yīng)處于預(yù)定的坐標(biāo)系內(nèi)，否則，由于平臺誤差會引起加速 度測量誤差。如何在慣導(dǎo)系統(tǒng)開始工作時，將平臺調(diào)整到預(yù)定 的坐標(biāo)系內(nèi)，是一個十分重要的問題，也是慣導(dǎo)系統(tǒng)初始對準(zhǔn) 要解決的本質(zhì)問題。 1.1.慣導(dǎo)的關(guān)鍵技術(shù)慣導(dǎo)的關(guān)鍵技術(shù) 為了保證慣導(dǎo)系統(tǒng)達(dá)到高性能指標(biāo)必須解決以下關(guān)鍵技術(shù)： 1 1）慣性儀表技術(shù)）慣性儀表技術(shù)：陀螺儀與加速度計是慣導(dǎo)系統(tǒng)硬件中最關(guān)鍵的 部件，其性能直接關(guān)系到系統(tǒng)的一系列性能指標(biāo)。慣性儀表根據(jù)其 穩(wěn)定性可分為高、中、低3種精度，設(shè)計慣導(dǎo)系統(tǒng)時，必須根據(jù)其 應(yīng)用對象與性能要求，合理選用慣

27、性儀表，同時不斷開發(fā)新型儀表 和提高儀表性能。 2 2）慣性儀表誤差補(bǔ)償技術(shù)：）慣性儀表誤差補(bǔ)償技術(shù)：慣性儀表的誤差是影響慣導(dǎo)系統(tǒng)精度 的主要因素。單純依靠儀表的結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造工藝來減小其誤差， 常會受到技術(shù)上與經(jīng)濟(jì)上的制約，而采用計算機(jī)進(jìn)行誤差補(bǔ)償是提 高慣導(dǎo)系統(tǒng)精度行之有效的途徑。 3 3）初始對準(zhǔn)技術(shù)：）初始對準(zhǔn)技術(shù)：慣導(dǎo)系統(tǒng)中，飛機(jī)的速度和位置是由加速度經(jīng) 積分得到的。因此，必須知道初始速度和位置。平臺是測量加速度 的基準(zhǔn)，開始測量加速度時，平臺應(yīng)處于預(yù)定坐標(biāo)系內(nèi)，否則平臺 誤差會引起加速度測量誤差。在慣導(dǎo)系統(tǒng)加電啟動后，平臺三軸指 向是任意的，可不在水平面內(nèi)，又沒有確定的方位。因此系

28、統(tǒng)進(jìn)入 導(dǎo)航工作狀態(tài)前，必須將平臺的指向?qū)?zhǔn)，稱為慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對 準(zhǔn)。初始對準(zhǔn)的精度直接關(guān)系到慣導(dǎo)系統(tǒng)的工作精度。因此，初始 對準(zhǔn)是慣導(dǎo)系統(tǒng)最重要的關(guān)鍵技術(shù)之一。 4 4）捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的姿態(tài)矩陣計算：）捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的姿態(tài)矩陣計算：捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的姿態(tài)矩陣是 載體坐標(biāo)系和地理坐標(biāo)系之間的方向余弦陣，陀螺儀在每個采樣周 期內(nèi)采集到的信息送至計算機(jī)進(jìn)行姿態(tài)矩陣計算，并不斷更新。由 此姿態(tài)矩陣計算精度直接關(guān)系到捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的精度。 2.2.平臺對準(zhǔn)方法平臺對準(zhǔn)方法 1）通過光學(xué)或機(jī)電方法，將外部參考坐標(biāo)系引入平臺，使平臺 對準(zhǔn)到外部提供的姿態(tài)基準(zhǔn)方向。 2）利用慣導(dǎo)本身敏感元件陀螺、加速度計進(jìn)行自主式準(zhǔn)。 3.3.對準(zhǔn)分類對準(zhǔn)分類 1）按對準(zhǔn)內(nèi)容分：水平對準(zhǔn)、方位對準(zhǔn) 2）按對準(zhǔn)精度分： 粗對準(zhǔn)、精對準(zhǔn) 指北方位慣導(dǎo)系統(tǒng)的對準(zhǔn)原理指北方位慣導(dǎo)系統(tǒng)的對準(zhǔn)原理 指北方位慣導(dǎo)系統(tǒng)的初始對準(zhǔn)，是通過實施對準(zhǔn)程序把平臺 坐標(biāo)系（P）與理想坐標(biāo)系（地理系t）重合。包括兩個內(nèi)容：第 一，水平對準(zhǔn)，即把平臺自動調(diào)到水平面內(nèi)。水平對準(zhǔn)又分為水 平粗對準(zhǔn)和水平精對準(zhǔn)。第二，方位羅經(jīng)對準(zhǔn)，即將平臺方位自 動對準(zhǔn)在北方向