無(wú)陀螺捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

前言

從加速度計(jì)測(cè)量的比力中，可以解算出載體的角速度信息，這樣就可以只用加速度計(jì)，而不用陀螺儀，來(lái)組成捷聯(lián)慣導(dǎo)的測(cè)量組合，成為無(wú)陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)（TheGyroscopeFreeStrapdownInertiaINay-igationSystem，簡(jiǎn)稱GFSINS）。目前國(guó)外學(xué)者在GFSINS方面做了不少的研究工作，例如前西德專家Mersav。S.V于1982年提出了無(wú)陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)方案用于衛(wèi)星姿態(tài)測(cè)量的思想；1993年，Chi-ChangJ.HO提出了一種只用GPS和6個(gè)線加速度計(jì)構(gòu)成的組合捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)；1994年，Jeng-HengChen提出了一種6個(gè)線加速度計(jì)構(gòu)成的無(wú)陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)組合方案?？梢娫贕FSINS研究上引起了不少專家的重視。GFSINS的優(yōu)點(diǎn)在于低成本、低功耗、長(zhǎng)壽命、高可靠性、快速反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于具有大角加速度、大角速度的動(dòng)態(tài)范圍的載體的慣性導(dǎo)航。但不足的是與傳統(tǒng)的慣導(dǎo)系統(tǒng)相比，GFSINS解算出的姿態(tài)角的誤差積累速度較快。這是因?yàn)檩d體角速度的計(jì)算值是從加速度計(jì)輸出的比力中解算出來(lái)的，而目前的加速度計(jì)測(cè)量誤差較大，從而造成載體姿態(tài)角的計(jì)算值和導(dǎo)航參數(shù)的誤差隨時(shí)間積累較快。當(dāng)GFSINS單獨(dú)使用時(shí)，特別適用于較短時(shí)間導(dǎo)航的載體，例如導(dǎo)彈和魚雷的慣性制導(dǎo)；GFSINS與其他導(dǎo)航裝置組成組合導(dǎo)航系統(tǒng)，就可用于長(zhǎng)時(shí)間的導(dǎo)航的載體。可以預(yù)計(jì)，隨著高精度加速度計(jì)的不斷問世，無(wú)陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景。

內(nèi)容概要

本書介紹了無(wú)陀螺捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（以下文中均稱為慣導(dǎo)系統(tǒng)）的原理、組成、特點(diǎn)及加速度計(jì)安裝方案。詳細(xì)推導(dǎo)了各種安裝方案下無(wú)陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航方程；給出了六加速度計(jì)和九加速度計(jì)等各種方案下無(wú)陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)角速度解算方程；推導(dǎo)了無(wú)陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)力學(xué)編排方程；分析了無(wú)陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差源及誤差傳播特性；給出了誤差補(bǔ)償方法及濾波方法；對(duì)無(wú)陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的仿真程序做了介紹，給出了仿真實(shí)例。

書籍目錄

第1章 引言  1.1 慣性技術(shù)的發(fā)展概況  1.2 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展  1.3 無(wú)陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展概況第2章 載體角速度的解算方法  2.1 坐標(biāo)系的定義及坐標(biāo)變換  2.2 載體非質(zhì)心處的比力方程  2.3 九加速度計(jì)安裝方案一的載體角速度解算  2.4 九加速度計(jì)安裝方案二的載體角速度解算  2.5 六加速度計(jì)安裝方案的載體角速度解算第3章 力學(xué)編排方程  3.1 姿態(tài)方向余弦矩陣、姿態(tài)角、姿態(tài)角速度的解算  3.2 載體在導(dǎo)航系中的地速和位置的解算  3.3 緯度、經(jīng)度和目標(biāo)方向角的解算  3.4 高度通道的解算第4章 無(wú)陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差分析  4.1 無(wú)陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差源  4.2 加速度計(jì)的數(shù)學(xué)模型及其誤差補(bǔ)償  4.3 載體角速度計(jì)算值的殘余誤差分析  4.4 載體對(duì)地線加速度的計(jì)算誤差分析  4.5 無(wú)陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差傳播特性第5章 無(wú)陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)數(shù)學(xué)仿真  5.1 仿真說明  5.2 仿真模型的結(jié)構(gòu)  5.3 仿真算例參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：液浮與氣浮慣性技術(shù)在第二代已進(jìn)入較成熟的階段，并在戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器、飛機(jī)、艦艇及民用等方面獲得愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。此外，這個(gè)階段除了滾珠軸承、液浮、氣浮等慣性儀表外，還出現(xiàn)了一些新型陀螺、加速度計(jì)和相應(yīng)的慣導(dǎo)系統(tǒng)，其主要類型如下。1952年提出設(shè)計(jì)靜電陀螺的概念，利用高壓靜電場(chǎng)支承球形轉(zhuǎn)子，取代了一般的機(jī)械支承，大大降低了陀螺的干擾力矩。1963年霍尼威爾（Honeywell）公司研制成功核潛艇用的靜電陀螺監(jiān)控器系統(tǒng)。1972年羅克韋爾（Rockwell）和奧托奈提克斯（Autonetic）公司研制出第一套小型化靜電陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)。靜電陀螺平臺(tái)式飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)（GEANS）的定位精度為0.1－0.04nmile／h。撓性陀螺是一種撓性接頭支承的自由轉(zhuǎn)子陀螺。1958年開始研制的是細(xì)頸式，1962年出現(xiàn)動(dòng)力調(diào)諧式，目前的產(chǎn)品均采用后一類型。這種陀螺結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、啟動(dòng)快、功耗低、體積小。1966年基爾福特（Kearfort）公司研制出撓性陀螺慣導(dǎo)系統(tǒng)，已用于導(dǎo)彈與飛機(jī)。目前，撓性陀螺正朝著小型化發(fā)展。斯伯利（Spin.ry）公司的MGL－80微型撓性陀螺，直徑為22mm，高為22mm，質(zhì)量為40g，可承受200g的沖擊加速度。1960年激光技術(shù)在世界上首次出現(xiàn)后，美國(guó)斯伯利公司于1963年首次研制出能測(cè)50／h角速率的激光陀螺。激光捷聯(lián)系統(tǒng)在1975年和1976年分別在戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)和導(dǎo)彈上試驗(yàn)成功，導(dǎo)航精度達(dá)1nmile／h左右。由于激光陀螺具有動(dòng)態(tài)范圍寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、瞬時(shí)啟動(dòng)、數(shù)字輸出、可靠性高、壽命長(zhǎng)、成本低等特點(diǎn)，近幾年來(lái)發(fā)展較快，大有取代機(jī)電陀螺之勢(shì)。

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《無(wú)陀螺捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)》由哈爾濱工程大學(xué)出版社出版。

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