惯性导航的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础,利用载体上的加速度计、陀螺仪这两种惯性元件,去分别测出飞机相对于惯性空间的角速度信息和线速度信息,并在给定初始条件下,由计算机推算出飞机的姿态、航向、速度、位置等导航参数的自主式导航方法。

       

下图表示加速度计安装在运载体上的示意图,质量m受弹簧约束,悬挂弹簧的加速度计固连在运载体上。当载体以加速度a做水平运动时,弹簧系统达到平衡后,质量m受到的水平约束力F与加速度a之间满足牛顿第二定律。

        

只要测得约束力F,就可求得水平加速度a,对a进行一次积分就可求得水平速度,在积分一次即可得到水平位移。

        

这只是一个简单理想化模型,运载体不可能只做水平运动,还有姿态变化,所以用作导航解算的加速度信息必须是导航坐标系内的数学向量?梢酝ü街滞揪妒迪终庖灰。一种途径就是将加速度计安装在稳定平台,稳定平台由陀螺仪控制,使平台始终跟踪要求的导航坐标系;另一种途径就是将加速度计和陀螺仪直接安装在运载体上,通过陀螺仪和加速度计的输出信息进行计算运载体的姿态等。

        

按照惯性导航组合在飞行器上的安装方式,可分为平台式惯性导航系统(惯性导航组合安装在惯性平台的台体上)和捷联式惯性导航系统(惯性导航组合直接安装在飞行器上)。下面来分别介绍这两种导航系统。


平台式惯性导航系统

    

三轴陀螺稳定平台,加速度计固定在平台上,其敏感轴与平台轴平行,平台的三根稳定轴模拟一种导航坐标系。陀螺和加速度计置于由陀螺稳定的平台上,该平台跟踪导航坐标系,以实现速度和位置解算,姿态数据直接取自于平台的环架。结构复杂,体积大,制作成本高。

  

捷联式惯性导航系统

     

无稳定平台,加速度计和陀螺仪直接安装在载体上,通过导航计算机采集的惯性器件信息进行数值积分,实时计算姿态矩阵(姿态更新解算),即计算出载体坐标系与导航坐标系之间的关系,从而把载体坐标系的加速度计信息转换为导航坐标系下的信息,然后进行导航计算?煽啃愿、功能强、重量轻、成本低、精度高以及使用灵活等优点,使得捷联式惯导系统已经成为当今惯性导航系统发展的核心。


捷联式惯性导航系统与平台式惯性导航系统比较有两个主要的区别:

        

1、省去了惯性平台,陀螺仪和加速度计直接安装在飞行器上,使系统体积小、重量轻、成本低、维护方便。但陀螺仪和加速度计直接承受飞行器的振动、冲击和角运动,因而会产生附加的动态误差。这对陀螺仪和加速度计就有更高的要求。

      

2、需要用计算机对加速度计测得的飞行器加速度信号进行坐标变换,再进行导航计算得出需要的导航参数(航向、地速、航行距离和地理位置等)。


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惯性导航组合系统在飞行器上的安装应用

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2019/2/13 13:47:00

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