搜档网
当前位置:搜档网 › 论混合式惯性导航系统

论混合式惯性导航系统

论混合式惯性导航系统
论混合式惯性导航系统

惯性导航技术的工作原理

惯性导航技术的工作原 理 Document number:PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998

惯性导航系统基本工作原理 惯性导航系统是十分复杂的高精度机电综合系统,只有当科学技术发展到一定高度时工程上才能实现这种系统,但其基本工作原理却以经典的牛顿力学为基础。 设质量m受弹簧的约束,悬挂弹簧的壳体固定在载体上,载体以加速度a 作水平运动,则m处于平衡后,所受到的水平约束力F与a的关系满足牛顿第 二定律: F a m 。测量水平约束力F,求的a,对a积分一次,即得水平速 度,再积分一次即得水平位移。以上所述是简单化了的理性情况。由于运载体不可能只作水平运动,当有姿态变化时,必须测得沿固定坐标系的加速度,所以加速度计必须安装在惯性平台上,平台靠陀螺维持要求的空间角位置,导航计算和对平台的控制由计算机完成。 陀螺仪组件测取沿运载体坐标系3个轴的角速度信号,并被送入导航计算机,经误差补偿计算后进行姿态矩阵计算。加速度计组件测取沿运载体坐标系3个轴的加速度信号,并被送入导航计算机,经误差补偿计算后,进行由运载体坐标系至“平台坐标系”的坐标变换计算。他们沿机体坐标系三轴安装,并且与机体固连,它们所测得的都是机体坐标系下的物理量。 参与控制和测量的陀螺和加速度计称为惯性器件,这是因为陀螺和加速度计都是相对惯性空间测量的,也就是说加速度计输出的是运载体的绝对加速度,陀螺输出的是运载体相对惯性空间的角速度或角增量。而加速度和角速度或角增量包含了运载体全部的信息,所以惯导系统仅靠系统本身的惯性器件就能获得导航用的全部信息,它既不向外辐射任何信息,也不需要任何其他系统

捷联式惯性导航系统

1 绪论 随着计算机和微电子技术的迅猛发展,利用计算机的强大解算和控制功能代替机电稳定系统成为可能。于是,一种新型惯导系统--捷联惯导系统从20世纪60年代初开始发展起来,尤其在1969年,捷联惯导系统作为"阿波罗"-13号登月飞船的应急备份装置,在其服务舱发生爆炸时将飞船成功地引导到返回地球的轨道上时起到了决定性作用,成为捷联式惯导系统发展中的一个里程碑。 捷联式惯性导航(strap-down inertial navigation),捷联(strap-down)的英语原义是“捆绑”的意思。因此捷联式惯性导航也就是将惯性测量元件(陀螺仪和加速度计)直接装在飞行器、舰艇、导弹等需要诸如姿态、速度、航向等导航信息的主体上,用计算机把测量信号变换为导航参数的一种导航技术。现代电子计算机技术的迅速发展为捷联式惯性导航系统创造了条件。惯性导航系统是利用惯性敏感器、基准方向及最初的位置信息来确定运载体的方位、位置和速度的自主式航位推算导航系统。在工作时不依赖外界信息,也不向外界辐射能量,不易受到干扰破坏。它完全是依靠载体自身设备独立自主地进行导航,它与外界不发生任何光、声、磁、电的联系,从而实现了与外界条件隔绝的假想的“封闭”空间内实现精确导航。所以它具有隐蔽性好,工作不受气象条件和人为的外界干扰等一系列的优点,这些优点使得惯性导航在航天、航空、航海和测量上都得到了广泛的运用[1] 1.1 捷联惯导系统工作原理及特点 惯导系统主要分为平台式惯导系统和捷联式惯导系统两大类。惯导系统(INS)是一种不依赖于任何外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统,具有隐蔽性好,可在空中、地面、水下等各种复杂环境下工作的特点。 捷联惯导系统(SINS)是在平台式惯导系统基础上发展而来的,它是一种无框架系统,由三个速率陀螺、三个线加速度计和微型计算机组成。平台式惯导系统和捷联式惯导系统的主要区别是:前者有实体的物理平台,陀螺和加速度计置于陀螺稳定的平台上,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;后者的陀螺和加速度计直接固连在载体上作

辅助惯性导航系统的方法和算法发展

2008年8月 第36卷第4期 现代防御技术 M ODERN DEFENCE TECHNOLOGY Aug.2008 Vo.l36No.4 导航、制导与控制 辅助惯性导航系统的方法和算法发展* 武虎子,南英,付莹珍 (南昌航空大学航空与机械工程学院,江西南昌330063) 摘要:综述了辅助惯导的一些主要算法和方法,主要有:重力辅助的匹配方法、基于衰减记忆的匹配算法、基于贝叶斯算法、基于神经网络算法、基于迭代最近点算法、无线电高度与数字地图辅助方法、粒子滤波算法、声呐技术辅助方法、概率数据关联算法、成像激光雷达辅助方法。分别对各类辅助算法和方法的基本原理、主要优缺点进行了简要介绍,展望了辅助算法和方法的发展趋势。 关键词:惯性导航系统;辅助算法;辅助方法;发展趋势 中图分类号:V448122+4;U66611文献标识码:A文章编号:10092086X(2008)20420062206 The Developm en t of A i ded A l gor ithm and M ethods i n Iner ti a l N avi ga ti on Syste m WU H u2z,i NAN Y i n g,F U Y ing2z hen (Nanchang Un i versity of Aeronautics,School of Aero nauti c and M echanical Engi neeri ng,Ji angxi Nanchang330063,Ch i na) A bstra ct:So me main a l g orithms and methods i n a i d ed2inertial navi g ati o n are summ ar iz ed.They can be c lassified as f ollo ws:gravity a i d ed matchingm ethod,match i n g algorithm based on FadingMe mory,a l2 gorithm based on Bayes Rule,a l g orit h m based on A rtificial Neura lN et w ork,algorith m based on iterative closest poin,t a i d ed method of w ire less he i g ht and d i g italmap,partic le filter algorithm,aided m et h od of sonar technology,probab ilistic data association filter algorith m,a i d ed method of i m agi n g laser radar.The main pri n ciple and ma i n advantages and disadvan tages of a ll k i n ds of a l g orit h ms and methods are i n tro2 duced si m p l y and separately.The develop men t trend of the m is prospected. K ey words:i n ertial navi g ati o n syste m(I N S);a i d ed a l g orithm;a i d ed m et h ods;deve lopment trend 0引言 随着导航技术的逐渐成熟,飞行器对自主导航精度的要求也越来越高,因而辅助惯性导航方法与算法也快速兴起。所谓辅助惯性导航系统(i n erti a l navi g ation syste m,I N S)的方法与算法,就是一种能提高惯导导航精度的方式和途径(如导航精度参数CEP,S EP,R,R MS等达到规定的范围内)。采用这些方法与算法可以重调和校正单一的惯导系统(如位置和方位的重新调整、陀螺漂移的校正)。 在过去的几十年里,辅助惯性导航技术已经有了很大的发展。其辅助算法都可以通过建立数学模 *收稿日期:2007-12-01;修回日期:2008-02-12 作者简介:武虎子(1981-),男,陕西富平人。硕士生,研究方向为飞行控制与导航。 通信地址:330063南昌市丰和南大道696号南昌航空大学航空与机械工程学院

惯性导航的工作原理及惯性导航系统分类

惯性导航的工作原理及惯性导航系统分类 惯性导航系统(INS)是一种自主式的导航设备,能连续、实时地提供载体位置、姿态、速度等信息;特点是不依赖外界信息,不受气候条件和外部各种干扰因素。 惯性导航及控制系统最初主要为航空航天、地面及海上军事用户所应用,是现代国防系统的核心技术产品,被广泛应用于飞机、导弹、舰船、潜艇、坦克等国防领域。随着成本的降低和需求的增长,惯性导航技术已扩展到大地测量、资源勘测、地球物理测量、海洋探测、铁路、隧道等商用领域,甚至在机器人、摄像机、儿童玩具中也被广泛应用。 不同领域使用惯性传感器的目的、方法大致相同,但对器件性能要求的侧重各不相同。从精度方面来看,航天与航海领域对精度要求高,其连续工作时间也长;从系统寿命来看,卫星、空间站等航天器要求最高,因其发射升空后不可更换或维修;制导武器对系统寿命要求最短,但可能须要满足长时间战备的要求。涉及到军事应用等领域,对可靠性要求较高。 惯性导航的工作原理 惯性导航系统是一种自主式的导航方法,它完全依靠载体上的设备自主地确定载体的航向、位置、姿态和速度等导航参数,而不需要借助外界任何的光、电、磁等信息。 惯性导航是一门涉及精密机械、计算机技术、微电子、光学、自动控制、材料等多种学科和领域的综合技术。其基本工作原理是以牛顿力学定律为基础,通过测量载体在惯性参考系的加速度、角加速度,将它对时间进行一次积分,求得运动载体的速度、角速度,之后进行二次积分求得运动载体的位置信息,然后将其变换到导航坐标系,得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置信息等。百度搜索“乐晴智库”,获得更多行业深度研究报告 惯性导航系统分类

惯性导航系统

惯性导航系统 以下是为大家整理的惯性导航系统的相关范文,本文关键词为惯性,导航,系统,,您可以从右上方搜索框检索更多相关文章,如果您觉得有用,请继续关注我们并推荐给您的好友,您可以在教育文库中查看更多范文。 目录 1.惯性导航系统的概念.........................22.惯导系统的发展历史及发展趋势 (3)

惯性导航系统的发展.......................3我国的惯性导航系统.......................5捷联惯导系统现状及发展趋势...............63.惯性导航系统的组成........................104、惯性导航系统的工作原理....................145、惯性导航系统的功能.......................186、惯性导航系统的服务模式与应用模式..........207、惯性导航系统当前的应用情况................218、惯性导航系统的特点 (23) 系统的主要优点......................23系统的主要缺点.....................249、惯性导航系统给我们的启示. (24) 1 惯性导航系统 一、惯性导航系统的概念 什么是惯性导航或惯性制导呢?惯性导航系统(Ins)是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。在给定的运动初始条件(初始地理坐标和初始速度)下,利用惯性敏感元件测量飞机相对惯性空间的线运动和角运动参数,用计算机推算出飞机的速度、位置和姿态等参数,从而引导飞机航行。 推算的方法是在运载体上安装加速度计,经过计算(一次积分和二次积分),从而求得运动轨道(载体的运动速度和距离),进而进行导航。在运载体上安装加速度计,用它来敏感、测量运载体运动的加速

《惯性导航简介》

惯性导航简介 ——《导航概论》课程论文 专业:测绘工程A组姓名:师嘉奇学号:2015301610091 一.摘要与关键字 1.本文摘要:本文主要对导航工程的基本内涵,方法与原理进行简单介绍,主要介绍有关惯性导航的相关内容,并且根据在本学期《导航概论》这门课程上所学习的内容谈一谈自己对导航应用的设想以及对本课程教学的建议。 2.关键字:惯性导航,定位技术,应用与服务,发展与前景 二.导航工程基本内涵 导航定位的历史与人类自身发展的历史一样久远。人类的导航定位活动源自于其生活和生产的需要。陆地上的导航定位最早发生在人类祖先外出寻找食物或狩猎的过程中,那时,他们通常在沿途设置一些特殊的“标记”来解决回家迷路的问题。随着探索遥远地域的愿望与行动的出现,他们则通过观察和利用自然地标(如山峰、河流、树木、岩石等)以及自然天体(恒星)来解决导航定位问题这也使得他们能够翻越高山、跨越河流。谈到导航,很多人会认为这是一个在近现代才提出的词汇,但是,导航的历史已经非常久远了。从古代黄帝作战使用的指南车,到战国时期的司南,从近代航海使用的指南针,再到当今社会人手一部的智能手机,导航已经有了很悠久的历史。那么,导航工程的基本内涵到底是什么呢?

首先,我们可以通过两个英文的句子来大概了解一下到底什么是导航“when am I?”和“How and when to get there?”,这两个问题问的是我现在在哪?我要怎么到那里去?它们也指出了导航的内涵,那就是在哪,怎样去,多久到达。因此,通过科学的定义,将航行载体从起始点引导到目的地的过程称为导航,导航系统给出的基本参数是载体在空间的即时位置、速度和姿态、航向等,导航参数的确定由导航仪或导航系统完成。通过这种技术引导载体方向的过程即为导航。导航是解决人,事件,目标相互位置动态关系随时间变化的科学,技术,工程问题。 在室外或者自然环境中的导航,按照载体运动的范围,可分为海陆空天(海洋、陆地、空中、空间)导航四类;按照所采用的技术,常用的导航方法有,天文导航、惯性导航、陆基无线电导航、卫星导航、特征匹配辅助导航(如地形匹配、地磁匹配、重力匹配)等,以及上述导航方法之间的不同组合(组合导航)。室内定位导航作为当今导航技术发展的个重要分支,它借鉴室外导航的相关技术,同时结合现代通信技术、网络技术传感器技术以及计算机技术的最新发展,已经成为一个重要的研究热点并在人们日常工作和生活中逐步得到应用。室内导航与自然环境中的导航既有联系又有其自身的特点,其主要差异是来自于应用环境及所采用的技术方法不同。 导航系统有两种工作状态:指示状态和自动导航状态。如导航设备提供的导航信息仅供驾驶员操纵和引导载体用,则导航系统工作为指示状态,在指示状态下,导航系统不直接对载体进行控制,如果导

高精度捷联式惯性导航系统算法研究大学论文

高精度捷联式惯性导航系统算法研究 1. 引言 随着计算机技术的发展,捷联式惯性导航系统(strapdown Inertial Navigation System, SINS)的概念被提出,它取消了平台式惯性导航系统中复杂的机械平台装置,而将惯性传感器直接固联在载体上。SINS具有制造和维护成本低、体积小、重量轻以及可靠性高等优点,目前在高、中、低精度领域都得到了广泛使用。 捷联算法的基本框图如图1所示。 图1 捷联算法的基本框图 在捷联惯性导航系统中,惯性传感器直接固联在载体上,因此对惯性传感器的性能提出了更高的要求。SINS中使用的陀螺所承受的动态范围较大,一般能够达到100 /s,与此同时,SINS中的陀螺和加速度计与载体一起进行角运动和线运动,这增加了导航计算机输出数据的难度和复杂性。姿态实时计算是捷联惯导的关键技术,也是影响捷联惯导系统导航精度的重要因素。 载体的姿态和航向是载体坐标系和地理坐标系之间的方位关系,两坐标系之间的方位关系等效于力学中的刚体定点转动问题。在刚体定点转动理论中,描述动坐标系相对参考坐标系方位关系的方法有欧拉角法、四元数法、方向余弦法以及等效旋转矢量法。本报告对这四种姿态算法进行简单介绍,并结合研究对象对等效旋转矢量算法进行重点研究。针对角速率输入陀螺构成的捷联式惯性导航系统,本报告给出了一种改进的姿态算法,并在圆锥运动环境下对该算法进行数学仿真,验证了该方法的可能性。 2. 姿态算法介绍 2.1 欧拉角法

一个动坐标系相对参考坐标系的方位可以完全由动坐标系依次绕三个不同轴转动三个角度进行确定。把载体坐标系ox b y b z b 作为动坐标系,导航坐标系ox n y n z n (即地理坐标系)作为参考坐标系,导航系依次转过航向角H 、俯仰角P 、横摇角R 可得到载体坐标系,通过求解欧拉角微分方程得到三个欧拉角,从而进一步可以得到捷联姿态矩阵。欧拉角微分方程如下所示: cos cos 0sin cos 1sin sin cos cos sin cos sin 0cos b nbx b nby b nbz P P P R P R P R P P P P H R R ωωω????????????=-???? ????????-?????? (1) 式(1)即为欧拉角微分方程,求解方程可以得到三个欧拉角,也就是航向角、俯仰角以及横摇角,根据三个姿态角和姿态矩阵元素之间的关系即可以得到姿态矩阵n b C 。 2.2 方向余弦法 常用方向余弦姿态矩阵微分方程的形式为 b bk b n nb n =C C ω (1) 式中bk nb ω为载体坐标系相对地理坐标系的转动角速度在载体坐标轴向的分量的反对称矩 阵形式,具体表达式如式(2)。 00 0b b nbz nby bk b b nb nbz nbx b b nby nbx ωωωωωω??-??=-????-? ? ω (2) 用毕卡逼近法求解矩阵微分方程,其解为 2002 00sin 1cos ()()()b bk bk n nb nb t t t θθθθ???-?+?=+?+??????? C C I θθ (3) 式中 10 0n n b b nbz nby t bk bk b b nb nb nbz nbx t b b nby nbx dt θθθθθθ+??-?????==?-?????-??? ? ?θω 0θ?=2.3 四元数法 四元数微分方程的形式为

惯性导航系统发展应用现状

惯性导航系统发展应用现状 测绘10-2班张智远07103094 摘要:阐述了惯性导航技术的核心技术构成(陀螺定向),总结了惯性导航的发展概况,并列举出陀螺仪的发展历程及发展方向。同时,概括了惯性技术的应用领域及当前应用情况。最后指出,随着新型惯性器件的涌现和完善,以惯性导航为基础的组合导航系统将成为未来导航系统的主要发展方向。 关键词:惯性导航陀螺仪惯性导航技术惯性导航系统 惯性导航(Inertial Navigation)是20 世纪中期发展起来的完自主式的导航技术。通过惯性测量组件(IMU)测量载体相对惯性空间的角速率和加速度信息,利用牛顿运动定律自动推算载体的瞬时速度和位置信息,具有不依赖外界信息、不向外界辐射能量、不受干扰、隐蔽性好的特点,且惯导系统能连续地提供载体的全部导航、制导参数(位置、线速度、角速度、姿态角)。惯性导航技术,包括平台式惯导系统和捷联惯导系统。平台式惯性导航系统将陀螺通过平台稳定回路控制平台跟踪导航坐标系在惯性空间的角速度。捷联惯性导航系统利用相对导航坐标系角速度计算姿态矩阵,把雷体坐标系轴向加速度信息转换到导航坐标系轴向并进行导航计算。惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪,又称惯性导航组合。3个自由度陀螺仪用来测量飞行器的三个转动运动;3个加速度计用来测量飞行器的3个平移运动的加速度。计算机根据测得的加速度信号计算出飞行器的速度和位置数据。控制显示器显示各种导航参数。 陀螺仪是惯性系统的主要元件。陀螺仪通常是指安装在万向支架中高速旋转的转子,转子同时可绕垂直于自转轴的一根轴或两根轴进动,前者称单自由度陀螺仪,后者称二自由度陀螺仪。陀螺仪具有定轴性和进动性,利用这些特性制成了敏感角速度的速率陀螺和敏感角偏差的位置陀螺。由于光学、MEMS 等技术被引入于陀螺仪的研制,现在习惯上把能够完成陀螺功能的装置统称为陀螺。陀螺仪种类多种多样,按陀螺转子主轴所具有的进动自由度数目可分为二自由度陀螺仪和单自由度陀螺仪;按支承系统可分为滚珠轴承支承陀螺,液浮、气浮与磁浮陀螺,挠性陀螺(动力调谐式挠性陀螺仪),静电陀螺;按物理原理分为利用高速旋转体物理特性工作的转子式陀螺,和利用其他物理原理工作的半球谐振陀螺、微机械陀螺、环形激光陀螺和光纤陀螺等。 由于陀螺仪是惯性导航的核心部件,因此,可以按各种类型陀螺出现的先后、理论的建立和新型传感器制造技术的出现,将惯性技术的发展划分为四代,但是惯性技术发展的各阶段之间并无明显界线。 第一代惯性技术指1930年以前的惯性技术。自1687年牛顿三大定律的建立,并成为惯性导航的理论基础;到l852年,傅科(Leon Foucault)提出陀螺的定义、原理及应用设想;再到1908年由安修茨(Hermann Anschütz—Kaempfe)研制出世界上第一台摆式陀螺罗经,以及1910年的舒勒(Max Schuler)调谐原理;第一代惯性技术奠定了整个惯性导航发展的基础。 第二代惯性技术开始于上世纪40年代火箭发展的初期,其研究内容从惯性仪表技术发展扩大到惯性导航系统的应用。首先是惯性技术在德国V-II火箭上的第一次成功应用。到50年代中后期,0.5n mile/h的单自由度液浮陀螺平台惯导系统研制并应用成功。1968年,漂移约为0.005°/h的G6B4型动压陀螺研制成功。这一时期,还出现了另一种惯性传感

惯性导航系统的发展及应用

惯性导航系统的发展及应用 绪论 惯性导航是一门重要的学科技术,它是飞机、船舶、火箭等载体能顺利完成导航和控制任务的关键性技术之一。1942年德国在V-2火箭上首次应用了惯性导航原理;1954年纯惯性导航系统在飞机上试飞成功。30余年来,惯性导航技术获得迅速发展。在我国惯性导航技术已在航空、航天、航海和陆地车辆的导航和定位中得到应用。1970年以来,我过多次发射的人造地球卫星和火箭都采用了本国研制的惯性导航系统。不仅如此,70多年以来,这门科学技术还在大地测量、海洋勘测、石油钻井、航空测量和摄影等国民经济领域里获得成功应用。 惯性导航简介 惯性导航(Inertial Navigation)是20 世纪中期发展起来的完自主式的导航技术。通过惯性测量组件(IMU)测量载体相对惯性空间的角速率和加速度信息,利用牛顿运动定律自动推算载体的瞬时速度和位置信息,具有不依赖外界信息、不向外界辐射能量、不受干扰、隐蔽性好的特点,且惯导系统能连续地提供载体的全部导航、制导参数(位置、线速度、角速度、姿态角)。惯性导航技术,包括平台式惯导系统和捷联惯导系统。平台式惯性导航系统将陀螺通过平台稳定回路控制平台跟踪导航坐标系在惯性空间的角速度。捷联惯性导航系统利用相对导航坐标系角速度计算姿态矩阵,把雷体坐标系轴向加速度信息转换到导航坐标系轴向并进行导航计算。惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪,又称惯性导航组合。3个自由度陀螺仪用来测量飞行器的三个转动运动;3个加速度计用来测量飞行器的3个平移运动的加速度。计算机根据测得的加速度信号计算出飞行器的速度和位置数据。控制显示器显示各种导航参数。 陀螺仪 陀螺仪是惯性系统的主要元件。陀螺仪通常是指安装在万向支架中高速旋转的转子,转子同时可绕垂直于自转轴的一根轴或两根轴进动,前者称单自由度陀螺仪,后者称二自由度陀螺仪。陀螺仪具有定轴性和进动性,利用这些特性制成了敏感角速度的速率陀螺和敏感角偏差的位置陀螺。由于光学、MEMS 等技术被引入于陀螺仪的研制,现在习惯上把能够完成陀螺功能的装置统称为陀螺。陀螺仪种类多种多样,按陀螺转子主轴所具有的进动自由度数目可分为二自由度陀螺仪和单自由度陀螺仪;按支承系统可分为滚珠轴承支承陀螺,液浮、气浮与磁浮陀螺,挠性陀螺(动力调谐式挠性陀螺仪),静电陀螺;按物理原理分为利用高速旋转体物理特性工作的转子式陀螺,和利用其他物理原理工作的半球谐振陀螺、微机械陀螺、环形激光陀螺和光纤陀螺等。 单自由度陀螺仪敏感角速度,二自由度陀螺仪敏感角位移。为了将角速度和角位移转换成惯性系统中可用的信号,陀螺仪需安装信号传感器。为了能控制陀螺仪按一定的规律进动,需安装力矩器。 加速度计 加速度计是惯性导航系统的核心元件之一。依靠它对比力的测量,完成惯性导航系统确定载体的位置、速度以及产生跟踪信号的任务。载体加速度的测量必须十分准确地进行,而

惯性导航系统

惯性导航系统 一、惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS) 1、基本概念 惯性导航系统(INS)是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面,还可以在水下。 惯性导航系统目前已经发展出挠性惯导、光纤惯导、激光惯导、微固 态惯性仪表等多种方式。陀螺仪由传统的绕线陀螺发展到静电陀螺、激光 陀螺、光纤陀螺、微机械陀螺等。激光陀螺测量动态范围宽,线性度好, 性能稳定,具有良好的温度稳定性和重复性,在高精度的应用领域中一直 占据着主导位置。由于科技进步,成本较低的光纤陀螺(FOG)和微机械陀螺(MEMS)精度越来越高,是未来陀螺技术发展的方向。我国的惯导技术 近年来已经取得了长足进步,液浮陀螺平台惯性导航系统、动力调谐陀螺 四轴平台系统已相继应用于长征系列运载火箭。其他各类小型化捷联惯导、光纤陀螺惯导、激光陀螺惯导以及匹配GPS修正的惯导装置等也已经大量应用于战术制导武器、飞机、舰艇、运载火箭、宇宙飞船等。如漂移率 0.01°-0.02°/h 的新型激光陀螺捷联系统在新型战机上试飞,漂移率 0.05°/h 以下的光纤陀螺、捷联惯导在舰艇、潜艇上的应用,以及小型化挠性捷联惯导在各类导弹制导武器上的应用,都极大的改善了我军装备的 性能。 惯性导航系统有如下主要优点:(1)由于它是不依赖于任何外部信息,也不向外部辐射能量的自主式系统,故隐蔽性好,也不受外界电磁干扰的 影响;(2)可全天流全球、全时间地工作于空中、地球表面乃至水下;(3)能提供位置、速度、航向和姿态角数据,所产生的导航信息连续性好而且 噪声低;(4)数据更新率高、短期精度和稳定性好。其缺点是:(1)由 于导航信息经过积分而产生,定位误差随时间而增大,长期精度差;(2)每次使用之前需要较长的初始对准时间;(3)设备的价格较昂贵;(4) 不能给出时间信息。但惯导有固定的漂移率,这样会造成物体运动的误差,因此射程远的武器通常会采用指令、GPS等对惯导进行定时修正,以获取持续准确的位置参数。 2、惯性导航原理 目前,惯性导航分为两大类:平台式惯导和捷联式惯导。它们的主要区别在于,前者有实体的物理平台,陀螺和加速度计置于由陀螺定的平台上,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;在捷联式惯导中,陀螺和加速度计直接固连在载体上。惯性平台的功能由计算机完成,

惯性导航系统

惯性导航系统 惯性导航系统(INS,以下简称惯导)是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面,还可以在水下。惯导的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础,通过测量载体在惯性参考系的加速度,将它对时间进行积分,且把它变换到导航坐标系中,就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。 惯性导航系统(英语:INS )惯性导航系统是以陀螺和加速度计为敏感器件的导航参数解算系统,该系统根据陀螺的输出建立导航坐标系,根据加速度计输出解算出运载体在导航坐标系中的速度和位置。 惯性导航系统(INS,Inertial Navigation System)也称作惯性参考系统,是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量(如无线电导航那样)的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面,还可以在水下。惯性导航的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础,通过测量载体在惯性参考系的加速度,将它对时间进行积分,且把它变换到导航坐标系中,就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。 惯性导航系统属于推算导航方式,即从一已知点的位置根据连续测得的运动体航向角和速度推算出其下一点的位置,因而可连续测出运动体的当前位置。惯性导航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系,使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中,并给出航向和姿态角;加速度计用来测量运动体的加速度,经过对时间的一次积分得到速度,速度再经过对时间的一次积分即可得到距离。 惯性导航系统有如下优点:1、由于它是不依赖于任何外部信息,也不向外部辐射能量的自主式系统,故隐蔽性好,也不受外界电磁干扰的影响;2、可全天候、全时间地工作于空中、地球表面乃至水下;3、能提供位置、速度、航向和姿态角数据,所产生的导航信息连续性好而且噪声低;4、数据更新率高、短期精度和稳定性好。 其缺点是:1、由于导航信息经过积分而产生,定位误差随时间而增大,长期精度差;2、每次使用之前需要较长的初始对准时间;3、设备的价格较昂贵;4、不能给出时间信息。[1]但惯导有固定的漂移率,这样会造成物体运动的误差,因此射程远的武器通常会采用指令、GPS等对惯导进行定时修正,以获取持续准确的位置参数。惯导系统目前已经发展出挠性惯导、光纤惯导、激光惯导、微固态惯性仪表等多种方式。陀螺仪由传统的绕线陀螺发展到静电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺、微机械陀螺等。激光陀螺测量动态范围宽,线性度好,性能稳定,具有良好的温度稳定性和重复性,在高精度的应用领域中一直占据着主导位置。由于科技进步,成本较低的光纤陀螺(FOG)和微机械陀螺(MEMS)精度越来越高,是未来陀螺技术发展的方向。 分类捷联式惯性导航系统 解析式惯性导航系统 半解析式惯性导航系 编辑本段应用惯性导航系统用于各种运动机具中,包括飞机、潜[2]艇、航天飞机等运输工具及导弹,然而成本及复杂性限制了其可以应用的场合。 惯性系统最先应用于火箭制导,美国火箭先驱罗伯特.戈达尔(ROBERT GODDARD )试验了早期的陀螺系统。二战期间经德国人冯布劳恩改进应后,应用于V-2火箭制导。战后美国麻省理工学院等研究机构及人员对惯性制导进行深入研究,从而发展成应用飞机、火箭、航天飞机、潜艇的现代惯性导航系统。 编辑本段惯性技术的重要性惯性技术是对载体进行导航的关键技术之一,惯性技术是利用惯性原理或其它有关原理,自主测量和控制运载体运动过程的技术,它是惯性导航、惯性制导、惯性测量和惯性敏感器技术的总称。现代惯性技术在各国政府雄厚资金的支持下,

捷联惯性导航系统在矿井机车定位中应用研究袁小平

煤矿机械Coal Mine Machinery Vol.34No.01 Jan.2013 第34卷第01期2013年01月 0引言 矿井机车通常用于井下生产资料、设备、人员的运输工作。与地面机车调度系统相比,井下空间有限,巷道狭窄,很难进行快速地错车;再加上调度手段相对简单、信息化程度较低,很容易造成道路拥挤、货物积压,从而对生产一线的采掘工作造成不良的影响。因此,有必要利用现代化的手段对矿井机车进行定位和管理,以降低事故发生率、提高煤矿生产效率。 目前,我国煤矿矿井机车监控系统多采用信号、集中、闭塞控制系统。该系统利用传统的点式传感技术测量机车位置并发送至调度中心,从而使调度员清楚地掌握机车位置,以便对道岔和信号机的开放进行集中控制。信集闭系统可以实现对机车的识别、定位,大大减少了机车碰撞事故的发生,提高了机车的运输效率,但是需要在机车轨道附近布置大量传感器,由于井下环境恶劣,电磁干扰严重,传感器容易出现故障,维护工作量较大;点式传感技术定位精确度较低,甚至会丢失机车位置。 视频测速技术可以按照摄像机安装的位置分为2种情况。 (1)摄像机安装在巷道内的固定位置为便于信息的处理,一般为矿机机车安装车牌,将地面常用的车牌识别技术应用于井下,通过对车牌进行图像处理,计算其在背景图像中的像素差来获取机车的速度,利用实时速度信息计算出机车所在位置。由于煤矿工作环境恶劣,湿度大、粉尘多,机车车牌很有可能处于被煤屑覆盖的状态,从而使得信息获取和处理的难度增大,因此,虽然该方法在理论上具有可行性,但其实用价值有待商榷。此外,由于摄像机价格相对较高,分布密度不会很大,必然会造成视频信息丢失的现象,从而降低了机车位置信息的实时性; (2)利用车载摄像机进行定位在机车上安装2台相同的摄像机用于采集巷道视频,然后分析图像特征,利用双目立体视觉测距技术来计算机车运行的实时速度。利用机载设备进行信息采集时,需要使用无线设备将采集到的信息传递至井下局域网,并利用光纤传递至地面调度室对视频信息进行处理,计算出机车的运行速度和所在位置。该方法减少了所使用摄像机的数量,并且能够获取可视化的视频信息,具有较好的发展前景。然而,该方法需要利用无线网络传输视频信息,这在无线通信环境极其恶劣的煤矿井下无疑是十分具有挑战性的。 通过以上分析可以发现,上述常用的机车定位方法不论是在理论上还是在实现上都存在一定的缺陷,因而有必要利用其他技术实现机车的定位,鉴于此,本文将捷联惯性导航系统(SINS)应用到井下机车的定位当中。SINS利用机载的加速度传感器、陀螺仪等设备获取机车的三维加速度、角速度信息,利用无线网络将信息传递至井下局域网,通过有线网络传递至地面调度室,使用SINS数学平台计算出机车的速度、位置、行驶方向和姿态信息。 捷联惯性导航系统在矿井机车定位中应用研究 袁小平,陈羲梅,鲍捷,池庆 (中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州221116) 摘要:介绍煤矿机车定位常用的信集闭系统以及2种视频测速定位技术,分析3种方法的优点和缺陷,并针对其所分析出的缺陷,提出将捷联式惯性导航系统引入到煤矿机车定位系统中。以SINS为核心的定位系统有较好的实时性,定位精度好,且易于实现。 关键词:捷联惯性导航;煤矿;机车定位 中图分类号:TP334;TD524文献标志码:B文章编号:1003-0794(2013)01-0208-02 Research of Step-down Inertial Navigation System Used in Mine Locomotive Localization YUAN Xiao-ping,CHEN Xi-mei,BAO Jie,CHI Qing (Information and Electrical Engineering Institute of China University of Mining and Technology,Xuzhou221116,China)Abstract:The article introduced the mine locomotive localization commonly used technologies block signals system and two speed measurements through video,analyzed the advantages and disadvantages of the three methods,and for the founding defects,put up that the step-down inertial navigation system is introduced into the coal mine locomotive localization system.Localization system taking SINS as the core has real-time performance,well location accuracy and easy to implement. Key words:step-down inertial navigation;coal mines;locomotive localization 208

惯导(惯性导航系统)

惯导(惯性导航系统) 概述 惯性导航系统(INS,以下简称惯导)是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面,还可以在水下。惯导的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础,通过测量载体在惯性参考系的加速度,将它对时间进行积分,且把它变换到导航坐标系中,就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。 惯性导航系统(英语:INS)惯性导航系统是以陀螺和加速度计为敏感器件的导航参数解算系统,该系统根据陀螺的输出建立导航坐标系,根据加速度计输出解算出运载体在导航坐标系中的速度和位置。 运用领域 现代惯性技术在各国政府雄厚资金的支持下,己经从最初的军事应用渗透到民用领域。惯性技术在国防装备技术中占有非常重要的地位。对于惯性制导的中远程导弹,一般说来命中精度70%取决于制导系统的精度。对于导弹核潜艇,由于潜航时间长,其位置和速度是变化的,而这些数据是发射导弹的初始参数,直接影响导弹的命中精度,因而需要提供高精度位置、速度和垂直对准信号。目前适用于潜艇的唯一导航设备就是惯性导航系统。惯性导航完全是依靠运载体自身设备独立自主地进行导航,不依赖外部信息,具有隐蔽性好、工作不受气象条件和人为干扰影响的优点,而且精度高。对于远程巡航导弹,惯性制导系统加上地图匹配技术或其它制导技术,可保证它飞越几千公里之后仍能以很高的精度击中目标。惯性技术己经逐步推广到航天、航空、航海、石油开发、大地测量、海洋调查、地质钻控、机器人技术和铁路等领域,随着新型惯性敏感器件的出现,惯性技术在汽车工业、医疗电子设备中都得到了应用。因此惯性技术不仅在国防现代化中占有十分重要的地位,在国民经济各个领域中也日益显示出它的巨大作用。

捷联式惯导系统初始对准

捷联式惯导系统初始对准 惯性技术是惯导(惯性导航与惯性制导)技术、惯性仪表技术、惯性测量技术以及有关设备和装置技术的统称。惯性导航与惯性制导是当今非常重要的综合技术之一,它广泛用于航空、航海、航天及陆地各领域。惯性导航系统是和用陀螺与加速度计通过最初的方向基准和位置信息来确定运载体在一特定坐标系内的姿态、位置、速度和加速度的自主式导航系统。惯性制导系统是利用运载体内部的陀螺、加速度计测量其运动参数,经过计算机发出控制指令,从而把运载体按照预定的路线准确地引导到目的地的制导系统。自主性是惯性系统最重要的特点。确定运动对象导航参数的方法和仪器有许多,例如磁、天文、无线电、水声、全球卫星定位系统等等,然而它们都有一个致命的弱点,即不是自主的,不是要向外界发出信息,就是要依赖对外观测信息,而惯性系统与上述诸方法的基本区别就在于是完全自主的,即导弹、潜艇、飞船等可以在一个完全与外界条件以及电磁波隔绝的假想“封闭”空间内实现精确导航。因此,惯导系统具有隐蔽性好、抗干扰、不受任何气象条件限制的优点,且数据更新速率高,可以提供连续实时的导航参数。 惯性系统在国防科学技术中占有非常重要的地位,因而是世界各工业强国重点发展的技术领域之一。随着惯性技术的不断发展,许多国家已将其应用领域扩大到现代化交通运输,海洋开发,大地测量与勘探,石油钻井,矿井、隧道的掘进与贯通,机器人控制,现代化医疗器械,摄影技术以及森林防护,农业播种、施肥等民用领域。惯性技术的发展表明:从传统的机械转子型陀螺向固态陀螺仪(激光、光纤陀螺仪)转移,并进一步向以半导体硅为基本材料的微机械振动陀螺发展;从框架式平台系统向捷联系统转移,从纯惯性捷联系统向以惯性系统为基础的多体制组合导航系统发展,成为今后惯性技术发展的总趋势。 捷联式惯性导航系统,导航用的加速度计是直接捆绑在运载体上,它测量的是运载体坐标系轴向比力,只要把这个比力转换到惯性坐标系上,则其他计算就和空间稳定的平台式惯性导航系统一样,而比力转换的关键就是要实时地进行姿态基准计算来提供数学平台,即实时更新姿态矩阵b C,有些资料上称姿态矩阵 g 为捷联矩阵或方向余弦矩阵b C。一般选择地理坐标系为导航坐标系,那么捷联 g 矩阵也可表示为i C,其导航原理图如下所示: g

2捷联惯性导航系统初始对准原理

第二章 捷联惯导系统的初试对准 2.1引言 惯导系统是一种自主式导航系统。它不需要任何人为的外部信息,只要给定导航的初始条件(例如初始速度、位置等),便可根据系统中的惯性敏感元件测量的比力和角速率通过计算机实时地计算出各种导航参数。由于“平台”是测量比力的基准,因此“平台”的初始对准就非常重要。对于平台惯导系统,初试对准的任务就是要将平台调整在给定的导航坐标系的方向上。若采用游动方位系统,则需要将平台调水平---称为水平对准,并将平台的方位角调至某个方位角处---称为方位对准。对于捷联惯导系统,由于捷联矩阵T 起到了平台的作用,因此导航工作一开始就需要获得捷联矩阵T 的初始值,以便完成导航的任务。显然捷联惯导系统的初始对准就是确定捷联矩阵的初始值。在静基座条件下,捷联惯导系统的加速度计的输入量为---b g ,陀螺的输入量为地球自转角速率b ie ω。因此b g 与 b ie ω就成为初始对准的基准。将陀螺与加速度计的输入引出计算机,通过计算机 就可以计算出捷联矩阵T 的初始值。 由以上的分析可以看出,陀螺与加速度计的误差会导致对准误差;对准飞行器的干扰运动也是产生对准误差的重要因素。因此滤波技术对捷联系统尤其重要。由于初始对准的误差将会对捷联惯导系统的工作造成难以消除的影响,因此研究初始对准的误差传播方程也是非常必要的。 2.2 捷联惯导系统的基本工作原理 捷联式惯性导航系统,陀螺仪和加速度计直接与载体固联,加速度计测量是载体坐标系轴向比力,只要把这个比力转换到导航坐标系上,则其它计算就与平台式惯性导航系统一样,而比力转换的关键就是要实时地进行姿态基准计算来提供数学平台,即实时更新姿态矩阵n b C ,姿态矩阵也称为捷联矩阵。一般选择地理坐标系为导航坐标系,那么捷联矩阵n b C 也可表示为t b C , 其导航原理图如图2.1所示。

惯性导航系统分析

西安航空学院 本科毕业设计(论文) 题目:某型飞机翼肋中段装配型架 设计与装配工艺仿真 学院:飞行器学院 专业: 学号: 学生姓名: 指导教师: 二〇一六年六月一日

学士学位论文原创性声明 本人声明,所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名:日期:年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权西安航空学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名:日期:年月日 导师签名:日期:年月日

某型飞机翼肋中段装配型架设计与装配工艺仿真 摘要:飞机装配型架是飞机装配过程中的生产工艺装备,其主要功用是保证产品准确度与互换性,提高劳动生产率和减轻工人劳动强度,减少生产所需成本[1]。装配型架结构的设计是否合理,不仅影响到装配型架本身制造过程中的工作量大小、制造周期的长短、生产成本的高低,还对装配过程中各工件的对接、配合尺寸的协调一致,对飞机装配的互换协调性、制造质量和进度有很大影响,从而直接影响到整个飞机的制造周期。本文通过对翼肋中段组合件的结构及工艺性进行分析,编制相应的装配工艺规程,根据翼肋中段组合件的装配工艺特点设计了对应的装配型架,最后结合翼肋中段组合件的结构特点,根据设计的装配工艺规程,利用三维设计软件UG对翼肋中段组合件及装配型架组件进行建模,并对其装配过程进行了仿真模拟。 关键字:翼肋中段;装配型架;仿真模拟

相关主题