P05_惯导系统的基本问题

Lecture5--BasicproblemsofINS1BasicProblemsofINS惯导系统的基本问题Lecture5--BasicproblemsofINS2outline惯性导航系统基本组成加速度计的测量–比力惯导系统的误差源地球表面导航情况下的相对加速度获取Lecture5--BasicproblemsofINS3NEANAEEaNa1.1*基本概念简化例子:安装了惯导平台的载体在地球的表面运动对加速度分量的积分(integration)得到速度分量dtdt0EV0NVEVNV对速度分量的积分得地表位移dtdt——位置常表示为纬度(latitude)φ和经度(longitude)λcos1R0)(tR10)(tLecture5--BasicproblemsofINS41.2系统组成一个基本的惯性导航系统包括:加速度计稳定平台--模拟导航坐标系积分器NEANAEEaNadtdt0EV0NVEVNVdtdtcos1R0)(tR10)(tLecture5--BasicproblemsofINS5outline惯性导航系统的基本组成加速度计的测量–比力惯导系统的误差地球表面导航情况下的相对加速度获取Lecture5--BasicproblemsofINS62.1*比力万有引力干扰了加速度计的输出，相当于附加了一个和万有引力方向相反的虚拟加速度g。ga加速度计直接测得的是载体的真实加速度a和虚拟加速度g之和gafs-----比力真实的加速度:gfasLecture5--BasicproblemsofINS7outline惯性导航系统基本组成加速度计的测量–比力惯导系统的误差地球表面导航情况下的相对加速度获取Lecture5--BasicproblemsofINS8eZeXoy3.0单轴导航单轴导航(南北方向)E,N,ζ--地理坐标系Xp,Yp,Zp–平台坐标系platformaxisPYPZsurfaceofearthNABN跟踪角速率:RyP/RLecture5--BasicproblemsofINS93.0单轴导航单轴导航eZeXoNyplatformaxisPYPZE,N,ζ--地理坐标系Xp,Yp,Zp–平台坐标系y0yyttdtyyy000yyRyP/R1PPZPYLecture5--BasicproblemsofINS103.1*元件误差:加速度计各种类型的误差源影响着导航的精度1．器件误差加速度计:测量沿着其输入轴的比力PZPYYPfYPNfa理想时NYPaNAfKa)1(实际上其中Ka为标度因数(scalefactor)误差，ΔAN为偏置(bias)误差.fYP包含沿着YP轴的实际加速度和虚拟加速度.N--平台失准角ysincosgyfYPggyLecture5--BasicproblemsofINS113.2*陀螺误差和初始误差陀螺仪:platformaxisPYPZP给定指令角速率ωP,平台获得的实际角速率εωKωpgP)1('Kg--陀螺仪比力系数误差ε--陀螺仪的漂移误差误差导致平台和地理坐标系之间出现失准角.2．初始条件误差和载体的初始运动状态相关的误差y0yy0yyR10y0y0Lecture5--BasicproblemsofINS123.3*方框图–总览computer00yy00yycyaK1NAAcc.gyplatformcygK1R/1gyro0cy0yPP'R1yELecture5--BasicproblemsofINS133.3*方框图–拆解说明yy0yER1aK1Acc.platformg)(gayNAcomputercy)1(aNcKAy00yycy00yycyR/1PgK1gyroP'PgK)1(tt0dt00Lecture5--BasicproblemsofINS143.4误差方程))(1(gayKAyaNcttttcgdtdtyKR00)1(10yyyc定义导航系统的定位误差通过推导和简化整理，可得：ttttgdtgdtyKRg00yKyRggAyRgyaN00记Rgs2—舒勒调谐(Schulertuning)频率sLecture5--BasicproblemsofINS153.5*误差分类例：设在远远小于84.4分钟的时间间隔T内,载体存在常值加速度γ,则求解上述误差微分方程可得：)cos1(sin)(000tRtyytysssssassNtTKtAsin)cos1(2)sin()sin(ssssgttRttVK误差项的分类:1.前5项:有界(bounded)2.后2项:无界(unbounded),都与陀螺有关Lecture5--BasicproblemsofINS16outline惯性导航系统基本组成加速度计的测量–比力惯导系统的误差地球表面导航情况下的相对加速度获取Lecture5--BasicproblemsofINS174.1加速度分解:地理坐标系的旋转补偿万有引力影响后，加速度计测量反映了载体的绝对加速度.但在地球表面的导航中,载体相对地面的加速度往往更被关心.为获得相对加速度，需从载体的绝对加速度中刨除掉牵连和苛氏分量.eR地理坐标系常被选为动坐标系NEe地球的自转角速度表示在地理坐标系中:Teesincos0Lecture5--BasicproblemsofINS184.1*加速度分解:地理天坐标系的旋转当载体在地球表面运动，地理坐标系ENζ相对惯性空间的角速度分量为：eRNEEVNVRVNEcoseENRVsineEtgRV各项的物理含义eZRcosRNcosRVEcosRVELecture5--BasicproblemsofINS191.如果选取惯性坐标系为导航坐标系(由平台模拟),则4.2加速度分解:惯性、地球、地理gAfII2.如果选取地球坐标系为动坐标系，利用加速度合成公式)(2RωωVωAAeererIe3.惯性导航更多选取地理坐标系作为动坐标系,上式中再次应用苛氏定律BΩBBrIdtddtd可得errVAdtdregrVωVgdtdLecture5--BasicproblemsofINS204.2加速度分解:绝对加速度)(RωωVωVωVeerereggr2dtdIgA)()(RωωVωωAeeregerg2)()(RωωVωωAeergerg载体的绝对加速度和万有引力引起的虚拟加速度都进入了加速度计的输入中（比力）.gAfIsLecture5--BasicproblemsofINS214.3加速度分解:比力和相对加速度故加速度计的比力输入可表示为:gRωωVωωAfeerer)()(gg其中可视为由重力引起的虚拟加速度，仍记为ggRωωee)(因此，上述方程可以简化为gVωωAfrer)(gg比力在地理坐标系中的分量表达式:Lecture5--BasicproblemsofINS224.4加速度分解:分量表示式gVωωAfrgerg)(其中fffNEgfVVVNErAsincosee0eωsintancoseEeENRVRVRVgωVVVNErVg00gLecture5--BasicproblemsofINS23因此gVωωAfrgerg)(可以写成4.4加速度分解:分量表示式对于地球表面的导航,垂直速度分量经常可以忽略,因此sin)cos(eNeENEEEVVRVtgRVVVf22RVVtgRVVVfNEEENN22singRVVVVfNEEE222cosLecture5--BasicproblemsofINS244.4加速度分解:简化的分量表示式忽略垂直速度分量,可得tgRVVVVfNEeNEEsin2tgRVVVfEeENN22singRVVcosVVfNEeE222加速度计输出中包含:载体机动加速度重力加速度苛氏加速度机动向心加速度有害加速度，ABLecture5--BasicproblemsofINS254.4*加速度分解:简化的分量表示式tgRVVVVfNEeNEEsin2tgRVVVfEeENN22singRVVcosVVfNEeE222EBEEAVfNBNNAVfgAVfB为获取相对加速度，须对重力和有害加速度的影响进行补偿Lecture5--BasicproblemsofINS26Summary惯性导航系统基本组成加速度计的测量–比力惯导系统的误差地球表面导航情况下的相对加速度获取Lecture5--BasicproblemsofINS27End