微慣性技術(shù)ppt課件(參考版)
2025-05-02 01:34本頁(yè)面
【正文】 ? 簡(jiǎn)答哥氏加速度的概念，并給出其計(jì)算表達(dá)式 。 ? 推導(dǎo)地理坐標(biāo)系到載體坐標(biāo)系的姿態(tài)變換矩陣。 ? 簡(jiǎn)述微慣性器件在常規(guī)武器智能化改造中的應(yīng)用 ? 舉例說(shuō)明慣性器件在航天上的應(yīng)用情況。 作 業(yè) ? 簡(jiǎn)述微慣性技術(shù)的基本概念。 組合導(dǎo)航的優(yōu)點(diǎn) ? (1) 能有效利用各子系統(tǒng)的導(dǎo)航信息，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，使系統(tǒng)定位精度進(jìn)一步提高； ? (2) 進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性； ? (3) 可實(shí)現(xiàn)對(duì)各子系統(tǒng)及其元件的校準(zhǔn)，適當(dāng)放寬對(duì)于系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的要求，有助于用低成本的子系統(tǒng)及元件構(gòu)成高精度的組合系統(tǒng)； ? (4) 允許慣導(dǎo)平臺(tái)進(jìn)行空中對(duì)準(zhǔn)與調(diào)整。因此組合使用時(shí)，既可連續(xù)工作又可以提高定位的精度，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，成為一種較為完善的導(dǎo)航系統(tǒng)。 ? 將各種不同的導(dǎo)航系統(tǒng)組合成一個(gè)系統(tǒng)的主要目的是為了提高導(dǎo)航精度，另一個(gè)目的是為了提高可靠性。這是由于慣導(dǎo)系統(tǒng)存在積累誤差，精度隨時(shí)間而逐漸降低。為此，要求兩次裝卸的期間內(nèi)，器件有較高的參數(shù)穩(wěn)定性。 ? （ 4）由于動(dòng)態(tài)環(huán)境惡劣，故對(duì)慣性器件的要求比平臺(tái)系統(tǒng)高。但對(duì)計(jì)算機(jī)的算法誤差要求較高，應(yīng)小于系統(tǒng)誤差的 10％； ? （ 2）對(duì)加速度計(jì)和陀螺儀容易實(shí)現(xiàn)多余度配置方案。當(dāng)然，如同在導(dǎo)航矩陣計(jì)算前必須提供初始矩陣一樣，在姿態(tài)矩陣計(jì)算之前，也必須提供初始矩陣 ，這是系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)階段所要完成的工作。如果用 b表示載體坐標(biāo)系，而用 n代表作為導(dǎo)航坐標(biāo)系的游動(dòng)方位水平坐標(biāo)系，則兩者間的方向余弦矩陣為： ? 捷聯(lián)系統(tǒng)的加速度計(jì)測(cè)得的比力分量為： c o s c o s c o s sin sin sin c o s sin c o sc o s sin c o s c o s sinsin sin c o s sin c o s c o s c o ssin c o s c o s sinab a b a bbn a b a ba b a ba b a bC?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ?? ?? ??? ?? ???? ??bxbbybzffff????? ??????n n bbf C f?? 正是依靠導(dǎo)航計(jì)算機(jī)對(duì)姿態(tài)矩陣的計(jì)算提供出的瞬時(shí)值 ，才能順利地由 得到 ，從而進(jìn)行有效的導(dǎo)航計(jì)算。由于三個(gè)加速度計(jì)輸出的加速度分量是沿載體坐標(biāo)系軸，需經(jīng)計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換成導(dǎo)航坐標(biāo)系中的加速度分量 (這種轉(zhuǎn)換起著 “ 數(shù)學(xué)平臺(tái) ” 的作用 )，故計(jì)算量要大得多。 ? 由于省去了物理平臺(tái)，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，維護(hù)方便。根據(jù)所用陀螺儀的不同，又分為速率捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)和位置捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)。 ? 平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的核心是一個(gè)慣性級(jí)的陀螺穩(wěn)定平臺(tái)，它確定了一個(gè)平臺(tái)坐標(biāo)系，三個(gè)慣性級(jí)加速度計(jì)的敏感軸分別沿三個(gè)坐標(biāo)軸的正向安裝，測(cè)得載體的加速度信息就體現(xiàn)為比力在平臺(tái)坐標(biāo)系中的三個(gè)分量。 ? 平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)中的平臺(tái)能隔離載體的角振動(dòng)，給慣性測(cè)量元件提供較好的工作環(huán)境。專(zhuān)用計(jì)算機(jī)完成導(dǎo)航運(yùn)算，即時(shí)地提供導(dǎo)航參數(shù)。慣性測(cè)量元件包括加速度計(jì)和陀螺儀。此加速度 A就是固定在慣性空間的慣測(cè)者所看到的矢量 r對(duì)時(shí)間的兩次微分減去地心吸引力加速度，亦即： 22 imdrAgdt?? 八、慣性導(dǎo)航的基本原理 ? 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基本工作原理可簡(jiǎn)要地表述如下：根據(jù)牛頓定律，利用一組加速度計(jì)（或者和一組陀螺）連續(xù)地進(jìn)行測(cè)量，而后從中提取運(yùn)動(dòng)載體相對(duì)某一選定導(dǎo)航坐標(biāo)系的姿態(tài)角和加速度信息；通過(guò)一次積分運(yùn)算 (載體初始速度已知 )得到載體相對(duì)導(dǎo)航坐標(biāo)系的即時(shí)速度信息；再通過(guò)一次積分運(yùn)算 (載體初始位置已知 )便得到載體相對(duì)導(dǎo)航坐標(biāo)系的即時(shí)位置信息。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)就是建立在測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體加速度的基礎(chǔ)上進(jìn)行導(dǎo)航定位的。導(dǎo)航計(jì)算中需要的是載體相對(duì)地球的加速度，而加速度計(jì)不能分辯有害加速度和載體相對(duì)加速度，因此，必須從加速度計(jì)所測(cè)得的比力 f中補(bǔ)償?shù)粲泻铀俣鹊挠绊懀拍艿玫捷d體相對(duì)地球的加速度，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算獲得載體相對(duì)地球的速度及位置等參數(shù)。假設(shè)安裝加速度計(jì)的測(cè)量坐標(biāo)系為 p系，它相對(duì)地球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為 ，則有： ? 載體相對(duì)地球運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度計(jì)所敏感的比力方程為： ep?e p e pd v d v vd t d t ?? ? ?2p e p i edvf v v gdt ??? ? ? ? ? ?2e p ief v v v g??? ? ? ? ? ?? 由于比力方程表明了加速度計(jì)所敏感的比力與載體相對(duì)地球的加速度之間的關(guān)系，所以它是慣性系統(tǒng)的一個(gè)基本方程。 ? 考慮多種因素，加速度計(jì)感測(cè)的比力可寫(xiě)成： 即為運(yùn)載體相對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)速度，用 v代表。因?yàn)楸攘Φ拇笮∨c彈簧變形量成正比，而加速度計(jì)輸出電壓的大小正是與彈簧變形量成正比，所以加速度計(jì)實(shí)際感測(cè)的量并非載體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)加速度 a，而是比力 f。綜合考慮載體加速度和引力加速度的情況下，在穩(wěn)態(tài)時(shí)質(zhì)量塊的相對(duì)位移量為： ? 當(dāng)載體垂直自由降落，即以 a=g沿敏感軸正向運(yùn)動(dòng)時(shí)，因沿敏感軸正向有引力加速度 G=g，故質(zhì)量塊的相對(duì)位移量為： ? 在慣性技術(shù)中，通常把加速度計(jì)輸出量 稱(chēng)為 “ 比力 ” 。在此穩(wěn)態(tài)情況，有如下關(guān)系成立： ? 即穩(wěn)態(tài)時(shí)質(zhì)量塊的相對(duì)位移量 xo與引力加速度 G成正比。暫不考慮載體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)加速度，設(shè)加速度計(jì)的質(zhì)量塊受到沿敏感軸方向的引力 mG( G為引力加速度 )的作用，則質(zhì)量塊將沿著引力作用方向相對(duì)殼體位移而拉伸 (或壓縮 )彈簧。 當(dāng)相對(duì)位移量達(dá)一定值時(shí)，彈簧受壓 (或受拉 )變形所給出的彈簧力 使質(zhì)量塊以同一加速度 a相對(duì)慣性空間運(yùn)動(dòng)。當(dāng)沿加速度計(jì)的敏感軸方向無(wú)加速度輸入時(shí)，質(zhì)量塊相對(duì)儀表殼體處于零位。 202 idRdt()ie ie r????2 ie edrdt? ?
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