智能網(wǎng)聯(lián)汽車傳感器技術(shù) 課件 7.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的認(rèn)知

2023慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的認(rèn)知煙臺汽車工程職業(yè)學(xué)院劉強(qiáng)1.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的定義目錄CONTENTS2.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的組成3.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)4.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的原理5.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的分類慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的定義慣性導(dǎo)航技術(shù)是利用陀螺儀和加速度計(jì)兩種慣性敏感器和相應(yīng)的配套裝置建立基準(zhǔn)坐標(biāo)系，通過測量載體加速度和角速度，利用牛頓運(yùn)動定律自動推算載體的瞬時(shí)速度和位置信息而實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航的技術(shù)。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的組成慣性導(dǎo)航系統(tǒng)主要由慣性測量裝置計(jì)算機(jī)控制顯示器等組成。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的組成慣性測量裝置包括加速度計(jì)和陀螺儀，又稱慣性導(dǎo)航組合。3個(gè)自由度陀螺儀用來測量運(yùn)動載體的角加速度3個(gè)加速度計(jì)用來測量運(yùn)動載體的加速度計(jì)算機(jī)根據(jù)測得的加速度信號，計(jì)算出運(yùn)動載體的速度和位置數(shù)據(jù)，控制顯示器顯示各種導(dǎo)航參數(shù)。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)（1）由于它是不依賴于任何外部信息、也不向外部輻射能量的自主式系統(tǒng)，故隱蔽性好且不受外界電磁干擾的影響。（2）覆蓋范圍廣，可全天候、全球、全時(shí)間地工作于空中、地球表面乃至水下。（3）能提供位置、速度、航向和姿態(tài)角數(shù)據(jù)，所產(chǎn)生的導(dǎo)航信息連續(xù)性好而且噪聲低。（4）數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新率高、短期精度和穩(wěn)定性好。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)缺點(diǎn)（1）由于導(dǎo)航信息經(jīng)過積分而產(chǎn)生，定位誤差隨時(shí)間而增大，長期精度差。（2）每次使用之前需要較長的初始對準(zhǔn)時(shí)間。（3）設(shè)備的價(jià)格較昂貴。（4）不能給出時(shí)間信息。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的原理慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一種不依賴于外部信息、也不向外部輻射能量的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)。其基本工作原理是以牛頓力學(xué)定律為基礎(chǔ)，通過測量載體在慣性參考系的加速度、角加速度，將它對時(shí)間進(jìn)行一次積分，求得運(yùn)動載體的速度、角速度，之后進(jìn)行二次積分求得運(yùn)動載體的位置信息，然后將其變換到導(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。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的分類慣性導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)力學(xué)編排實(shí)現(xiàn)形式的不同分為：平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的分類平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)框圖平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是將陀螺儀和加速度計(jì)等慣性元件通過萬向支架角運(yùn)動隔離系統(tǒng)與運(yùn)動載體固定連接的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，根據(jù)建立的坐標(biāo)系不同，又分為空間穩(wěn)定和本地水平兩種工作方式。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的分類①空間穩(wěn)定平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的臺體相對慣性空間穩(wěn)定，用以建立慣性坐標(biāo)系，地球自轉(zhuǎn)、重力加速度等影響由計(jì)算機(jī)加以補(bǔ)償，這種系統(tǒng)多用于運(yùn)載火箭的主動段和一些航天器上。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的分類②本地水平平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的特點(diǎn)是臺體的兩個(gè)加速度計(jì)輸入軸所構(gòu)成的基準(zhǔn)平面，能夠始終跟蹤飛行器所在點(diǎn)的水平面，因此加速度計(jì)不受重力加速度的影響。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的分類平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)框架能隔離運(yùn)動載體的角振動，儀表工作條件較好。平臺能直接建立導(dǎo)航坐標(biāo)系。計(jì)算量小，容易補(bǔ)償和修正儀表的輸出。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的分類捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)框圖捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是把慣性儀表，直接固連在運(yùn)動載體上，用計(jì)算機(jī)來完成導(dǎo)航平臺功能的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)框圖其基本原理是將慣性測量器件直接固連在載體上，這些元件測量出沿載體坐標(biāo)系，三軸的運(yùn)動載體的角速度和線加速度，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算出姿態(tài)矩陣，通過姿態(tài)矩陣，把加速度計(jì)測量的載體坐標(biāo)系的軸向加速度信息變換到導(dǎo)航坐標(biāo)系系統(tǒng)的慣性測量器件，為角速率陀螺儀和加速度計(jì)。它們固連在載體上，測得的都是載體坐標(biāo)系下的物理量。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的分類慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的分類捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)靠性高、功能強(qiáng)。重量輕、成本低。精度高以及使用靈活等優(yōu)點(diǎn)。已經(jīng)成為當(dāng)今慣性導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的主流慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的分類一維捷聯(lián)慣性導(dǎo)航示意圖捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可分為一維捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和二維捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。一維捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是利用加速度計(jì)，測量汽車沿道路運(yùn)動的加速度，可以直接確定汽車的瞬時(shí)速度和從已知起始點(diǎn)行走的距離。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的分類二維捷聯(lián)慣性導(dǎo)航示意圖二維捷聯(lián)慣性導(dǎo)航