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6.4.2半解析式平台系统在线视频

下一节:7.1.1 知识导授

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6.4.2半解析式平台系统课程教案、知识点、字幕

大家好

这一讲我们要学习的半解析式平台系统

与解析式平台系统在结构上是一样的

都是采用的三轴陀螺稳定平台

构成的惯导系统

只是平台台体始终控制跟踪当地水平面

使平台上放置的两个敏感轴

相互垂直的加速度计

不敏感重力加速度g

这是半解析式惯性导航系统的主要特征

同样

在工程应用中

要解决导航坐标系建立

与导航参数解算两个问题

我们先看导航坐标系的建立

半解析式平台系统根据方位指向不同

又分为

指北方位惯导系统

自由方位惯导系统

游动方位惯导系统

指北方位惯导系统

又称为固定方位惯导系统

平台台体的平面控制在当地水平面内

而其方位控制在正北向

实质上

就是用平台台体坐标系OXpYpZp

实时呈现了一个地理坐标系OXtYtZt

其中方位轴OZp轴与当地水平面垂直

OYp轴指向正北

当运载体在地球上运动时

当地地理坐标系随着地球自转

和载体航行而不断变化

为使平台系跟踪地理系

即要给平台上施加指令信号

使平台作相应的转动

显而易见

此时平台是工作在空间积分状态的

通过给平台台体上

陀螺仪力矩器加指令信号

完成平台台体的控制转动

那么

这个指令信号大小是多少呢

在课程第一章

我们推导了地理坐标系

相对惯性坐标系的转动关系

可以看出

转动角速率由两个角速率合成

地球自转角速率

运载体相对地球运动

而引起的地理坐标系变化的角速率

将这一转动角速率分量

作为控制指令

分别加给相应的GX

GY

GZ陀螺力矩器

平台台体

便可自动跟踪地理坐标系

指北方位系统的优点是

由于平台坐标系和地理坐标系相重合

不需要坐标变换

就可直接输出载体

相对地理坐标系的姿态和航向信息

使用比较直观

同时

由于平台控制在当地地理坐标系内

三个正交加速度计

分别测出

东

北

天向的比力

这些信号解算导航参数的力学方程

比较简单

对计算机的要求也低

但是

其主要缺点是

由于要求平台方位始终指北

在高纬度区因经度线的极点会聚

东西向速度

会引起很大的经度变化率

势必要求给方位陀螺施加过大的控制力矩

平台跟踪速度很大

对陀螺力矩器设计

和平台稳定回路的设计带来较大困难

当运载体飞越极区时

即纬度趋近90度时

加在方位陀螺仪GZ上的指令信号会发散

使平台丧失工作性能

因此

指北方位导航系统

不适合于全球导航应用

自由方位惯导系统

除了平台台体

保持在当地水平面之外

其平台的方位指向

和真北方向的夹角是不加控制的

很显然

此时对平台上的方位陀螺GZ

不施加控制信号

而只给控制平台台体

保持在当地水平面内的陀螺

施加控制指令信号

当运载体在高纬度地区运动时

就克服了指北方位平台

实现方位陀螺施矩

及方位稳定回路中的困难

而平台的水平轴OXp和OYp

则分别与东向北向相差方位角γ

只要知道平台的初始对准角

γ角的大小就可以实时的计算出来

它是纬度和飞行速度的函数

作为一个计算量存储于计算机中

这在工程上是易于实现的

因此

前述指北方位系统

在高纬度区飞行时遇到的问题

可以避免

然而

这种方案也带来另一方面的问题

由于平台系不再与地理系保持一致

使导航计算过程变得复杂起来

例如

由自由方位平台上的加速度计测出

并经一次积分后得到的速率分量

必须向地理坐标系投影

才能得到在地理东向

和北向上的速度分量

以便进一步计算出地理位置

属于自由方位半解析式惯导系统的方案

还有一种

称为

游动自由方位半解析式惯导系统

它的特点是

在方位陀螺上施加一定的控制信号

大小为ωesinΦ

即加控制力矩

补偿地速引起的方位的变化

而将载体运动所引起的方位角γ变化量

由计算机实时计算

这种系统

同样有着可以通过极地的优点

而在利用方向余弦矩阵

解算导航参数时

此方案比自由方位系统要简单

计算量要小

因此

现行半解析式惯导系统

大部分采用游动方位的方案

基于半解式平台惯导系统的载体导航参数

都是相对地理坐标系的

因此

我们以指北方位半解式平台系统为例

讨论系统的定位解算过程

如图所示

假定在初始时刻平台是水平的

且绕平台OYp轴

总是保持指北方位

在平台上安装的两个加速度计

AX和AY的敏感轴

分别沿着东西和南北两个方位放置

分别测出载体的东向和北向的加速度分量

由于假定平台在运动时

始终与重力加速度g的方向垂直

所以

加速度计不感受重力加速度的分量

加速度计的输出信号中

除了有载体相对地球的运动加速度

还含有哥氏加速度

及向心加速度等有害加速度项

信号进入导航计算机之前

必须补偿有害的加速度

AEB及ANB

经一次积分则可求得速度分量

从而可求得纬度变化率Φ一点

和经度变化率λ一点

与相应的速度分量间关系式

如果

输入起始点的经度λ0及纬度Φ0

即可实时计算得到载体的经度λ

和纬度Φ

按照上述分析

我们可以绘出完整的

指北固定方位半解析式惯导系统原理图

采用了三个单自由度积分陀螺仪作为敏感元件

来稳定平台

通过3条稳定回路

使平台相对于惯性空间稳定

在此基础上

再通过3条修正回路使平台台体坐标系

始终跟踪地理坐标系

而三条修正回路

正是反映了控制指令信号的产生

与执行过程

好

这一讲的内容就到这里

谢谢大家

惯性导航原理课程列表：

第一章概述

-1.1惯性导航基本概念

--1.1.1 知识导授

--1.1.2 惯性导航基本概念

--1.1.3 小节测试

-1.2惯性导航技术发展史

--1.2 知识导授

--1.2.1 惯性导航技术发展史（一）

--1.2.2 惯性导航技术发展史（二）

--1.2.3 小节测试

-1.3惯性导航常用坐标系

--1.3 知识导授

--1.3.1 惯性坐标系与地球坐标系

--1.3.1 小节测试

--1.3.2 地理坐标系

--1.3.2 小节测试

--1.3.3 弹体坐标系与发射坐标系

--1.3.3 小节测试

-第一章讨论

第二章陀螺仪基本理论

-2.1陀螺仪的定义及分类

--2.1.1 知识导授

--2.1.2 陀螺仪定义及分类

--2.1.3 小节测试

-2.2刚体转子陀螺仪的基本特性

--2.2 知识导授

--2.2.1 二自由度陀螺仪基本特性

--2.2.2 单自由度陀螺仪基本特性

--2.2.3 小节测试

-2.3陀螺仪运动方程的建立

--2.3 知识导授

--2.3.1 动静法

--2.3.1 小节测试

--2.3.2 二自由度陀螺仪运动方程

--2.3.2 小节测试

--2.3.3 单自由度陀螺仪运动方程

--2.3.3 小节测试

-2.4陀螺仪运动特性分析

--2.4 知识导授

--2.4.1 二自由度陀螺仪运动特性分析

--2.4.1 小节测试

--2.4.2 单自由度陀螺仪运动特性分析

--2.4.2 小节测试

-第二章主观题

-第二章讨论

第三章惯性仪表陀螺仪

-3.1三浮陀螺仪

--3.1.1 知识导授

--3.1.2 三浮陀螺仪

--3.1.3 小节测试

-3.2静电陀螺仪

--3.2.1 知识导授

--3.2.2 静电陀螺仪

--3.2.3 小节测试

-3.3动力调谐陀螺仪

--3.3.1 知识导授

--3.3.2 动力调谐陀螺仪

--3.3.3 小节测试

-3.4光学陀螺仪

--3.4 知识导授

--3.4.1 sagnace效应

--3.4.1 小节测试

--3.4.2 光纤陀螺仪

--3.4.2 小节测试

--3.4.3 激光陀螺仪

--3.4.3 小节测试

-3.5振动陀螺仪

--3.5.1 知识导授

--3.5.2 振动陀螺仪

--3.5.3 小节测试

-3.6 原子陀螺仪

--3.6.1 知识导授

--3.6.2 原子陀螺仪

--3.6.3 小节测试

-第三章主观题

-第三章讨论

第四章惯性仪表加速度计

-4.1加速度计的测量原理

--4.1.1 知识导授

--4.1.2 加速度计的基本原理

--4.1.3 小节测试

--4.1.4 比力方程

--4.1.5 小节测试

-4.2石英挠性摆式加速度计

--4.2.1 知识导授

--4.2.2 石英挠性摆式加速度计

--4.2.3 小节测试

-4.3陀螺积分加速度计

--4.3.1 知识导授

--4.3.2 陀螺积分加速度计

--4.3.3 小节测试

-第四章主观题

-第四章讨论

思政讨论

-思政讨论题

第五章惯性仪表误差模型及标定

-5.1基本概念

--5.1.1 知识导授

--5.1.2 基本概念

--5.1.3 小节测试

-5.2陀螺仪静态误差模型

--5.2.1 知识导授

--5.2.2 陀螺仪静态误差模型

--5.2.3 小节测试

-5.3加速度计静态误差模型

--5.3.1 知识导授

--5.3.2 加速度计静态误差模型

--5.3.3 小节测试

-5.4惯性仪表误差标定测试

--5.4.1 知识导授

--5.4.2 惯性仪表误差标定测试

--5.4.3 小节测试

-第五章主观题

第六章平台式惯导系统

-6.1陀螺稳定平台功能、组成

--6.1.1 知识导授

--6.1.2 陀螺稳定平台功能组成

--6.1.3 小节测试

-6.2陀螺稳定平台工作原理

--6.2.1知识导授

--6.2.2 陀螺稳定平台工作原理

--6.2.3 小节测试

-6.3陀螺稳定平台性能分析

--6.3.1 知识导授

--6.3.2 陀螺稳定平台性能分析

--6.3.3 小节测试

-6.4平台式惯导系统导航原理

--6.4 知识导授

--6.4.1 解析式平台系统

--6.4.1 小节测试

--6.4.2半解析式平台系统

--6.4.2小节测试

-第六章主观题

第七章捷联式惯导系统

-7.1捷联式惯导系统工作原理

--7.1.1 知识导授

--7.1.2 捷联式惯导系统工作原理

--7.1.3 小节测试

-7.2 四元数及坐标转换

--7.2.1 知识导授

--7.2.2 四元数及坐标转换

--7.2.3 小节测试

-7.3捷联式惯导系统导航参数解算

--7.3.1 知识导授

--7.3.2 捷联惯导系统导航参数解算

--7.3.3 小节测试

-第七章主观题

-第七章讨论

6.4.2半解析式平台系统笔记与讨论

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