雷达通信课件：第十一章 惯性导航系统.ppt

1、惯性导航系统实施区域导航惯性导航是什么？ 利用惯性敏感元器件(加速度计和陀螺仪)测量飞机相对惯性空间的线运动和角运动参数，在给定的运动初始条件下，由计算机推算出飞机的姿态、方位、速度和位置等参数，从而引导飞机完成预定的航向任务。 * 惯性导航系统的发展：1923年，德国教授舒勒发现陀螺具有84.4分钟周期，它将保持在重力平衡位置。第二次世界大战末期，德国V2火箭安装初级的惯导系统。19491950年，美国麻省理工学院和北美航空公式研制出第一台惯性导航平台。二十世纪5060年代，惯性导航系统主要用于军事，70年代，广泛用于各方面。飞机安装惯导系统的情况：B707安装LTN51B747SP安装LT

2、N72RB737、B757、B767、A310等安装的惯性基准系统 惯导系统的优点： 1、完全自主式的导航系统 2、系统校准后短时定位精度高惯导系统的缺点： 存在积累误差。* 惯导系统的功能和组成一、惯导系统的主要功能 1、自动测量飞机各种导航参数和飞行控制参数，供飞行员使用 PPOS、MH、T、WD/WS、DA、XTK、TKE、俯仰角、倾斜角等 2、与飞机其他控制系统相配合，完成对飞机的人工或自动控制(或制导)二、惯导系统的组成1、惯性导航组件(INU) 主要完成导航参数的测量和计算2、控制显示组件(CDU) 导航参数的显示、初始数值的引入、系统试验、故障显示和告警等。3、方式选择组件(MS

3、U) 控制系统的工作状态，它包括断开、准备、校准、导航、姿态基准等方式。4、备用电池组件(BU)三、惯导系统与飞机其他系统的联结(一)、平台式惯导系统输出供给设备 1、姿态指引仪(ADI) 2、水平状态指示器(HSI) 3、自动驾驶仪(A/P) 4、气象雷达(二)惯导系统的输入信息 1、真空速，气压高度，升降速度 2、VOR方位，DME距离(三)惯导系统的输出信息 1、各种导航参数 2、飞行控制参数 3、飞机姿态基准信号 惯性导航系统的基本原理一、惯导系统的基本原理 测量的最基本的导航参数： 地速和位置测地速 测位置 惯导系统的种类*结构分： 平台式惯导系统 捷联式惯导系统坐标分： 当地水平惯

4、导系统 空间稳定惯导系统 一、平台式惯导系统 (一)平台式惯导系统分类 1、半解析式惯导系统(飞机) 2、解析式惯导系统(工作时间短) 3、几何式惯导系统(船舶及潜艇) (二)指北方位惯导系统 平台台面在水平面内，并有一轴始终指向北方。 特点： 1、可以直接提供俯仰、倾斜和航向信号； 2、对计算机要求较低 3、缺点：不能工作在高纬度地区 N71、S67(三)游动方位惯性导航系统 平台台面在水平面内，方位即不指北，也不指惯性空间。特点： 1、克服了指北方位惯导系统的一些缺点 2、可以进行全球导航，基本不受极区的影响 3、位置计算仍有溢出问题，在极区飞行要采 用其他辅助手段 4、对计算机要求较高(

5、四)平台式惯导系统的原理 二、捷联式惯导系统(一)捷联式惯导系统的原理 1、地理坐标系与机体坐标系的转换 航向、俯仰角、倾斜角 为了计算飞机的即时位置，地球坐标系与东北地理坐标系的转换：该矩阵可表示为： 计算机来完成导航平台的功能-数学平台数学平台的功能： 姿态矩阵的计算，加速度信息的坐标变换，姿态航向角的计算。过程：角速度-姿态矩阵-变换加速度坐标系-计算姿态和航向信息惯导系统的初始对准惯导系统初始化内容： 给定初始条件，惯导平台的初始对准，陀螺仪的测漂和定标。一、初始对准的方法和分类 1、对准方法：受控式对准，自主式对准 2、对准精度：粗对准，精对准 3、自主式对准包括：水平对准和方位对准

6、 系统自对准过程中不准移动飞机，但阵风、加油、等上旅客及货物对自对准无多大影响。二、平台式惯导系统的初始对准(一)惯导系统的对准实质 在惯导系统开始工作时，将平台调整到预定的坐标系内(1020分钟)(二)惯导系统的对准方法 1、系统的水平对准 (1)水平粗对准(快速调水平) (2)水平精对准： 假设0-估算-进一步水平精对准 2、系统的方位对准(精确估算)三、捷联式惯导系统的初始对准(一)系统的对准实质 确定初始时刻的姿态阵(二)惯导系统的对准方法 1、粗对准 直接估算机体坐标系到导航坐标系的变换矩阵 2、精对准优点：优点：惯性导航系统不依赖任何外界信息来测量导航参数，因此不受天气或人为的干扰

7、，具有很好的隐蔽性，是一种完全自由式导航系统。缺点：缺点：定位误差随时间而积累，长时间工作会产生超出允许范围的积累误差。此外，陀螺、加速度计、计算机的精度要求高。惯性导航系统的特点：惯性导航系统的特点：*惯性基准系统惯性基准系统 惯性基准系统实质：使用激光陀螺的捷联式惯导系统。w惯性基准组件IRU (2个)-导航计算w方式选择组件MSU( 1个公用的)-提供系统方式选择功能;w惯性系统显示组件ISDU(1个)-提供操作者与系统之间的联系;w数模转换器DAA(2个)-将接收到的数字输入信号转换成模拟信号输出;在有的飞机上将惯导系统和大气数据系统综合到一起，形成大气数据惯性基准系统(ADIRS)。

8、1.IRS1.IRS组成组成（1 1）惯性基准组件）惯性基准组件完成惯导系统的角速度、加速度测量和导航解算任务。（2 2）方式选择组件）方式选择组件方式选择电门有：wOFF-断开；wALIGN-对准；wNAV-导航；wATT-姿态。用于选择IRS的工作方式，并可显示其工作或故障状态。对准对准(ALIGN)(ALIGN)通告牌通告牌（白色）IRU在对准期间，该灯稳亮。当系统存在一些情况需要提醒操作者注意时，“ALIGN”灯闪亮；直流供电直流供电(ON DC)(ON DC)通告牌通告牌（琥珀色）当IRU失去115伏400HZ交流电源，IRU使用28V备用电瓶供电时，该通告牌亮 。它只能向右IRU供

9、电5分钟。电瓶故障电瓶故障(DC FAIL)(DC FAIL)通告牌通告牌（琥珀色）当飞机电瓶电压低于18VDC时，“DC FAIL”灯亮。故障（故障（FAULTFAULT）通告牌）通告牌（琥珀色）当IRU内部有故障存在时，“FAULT”灯亮。通告牌通告牌方式选择开关方式选择开关 惯性基准系统的工作方式为对准方式、导航方式、姿态基准方式和断开方式。（1 1）校准方式）校准方式(ALIGN)(ALIGN) 当MSU选择在ALIGN方式时，IRU通电并需要大约10分钟进行正常对准程序。校准：就是系统建立或寻找当地的地垂线和确定当地的真北方向。即根据地球自转和重力特性而对准到当地地垂线和真北方向上，

10、并估算当地纬度。在对准完成前，必须引进现在位置。 当系统完成对准(ALIGN)并顺利通过时，将方式选择电门放到导航位(NAV)，系统将自动进入导航方式，进行独立的惯性计算。（2 2）导航方式）导航方式w快速对准快速对准 当IRS正常对准后，由于起飞延误，滑行等待，可以重新对准。快速校准的方法是:MSU开关由NAV位转回到ALIGN位，时间大于30秒后，再转回到NAV位。这时ALIGN灯亮，系统重新进行水平和航向调整，速度调为零，当开关又重新拨回到NAV位时， ALIGN灯熄灭。快速校准的先决条件是:IRS在正常工作，MSU开关已在NAV位；地速（GS）小于20KT（海里/小时）。 放在ATT位

11、时，IRU进入姿态方式。姿态方式是备用工作方式，只有在下列条件使用ATT方式：w飞行中，工作在NAV方式，监控系统探测到某些故障，MSU上FAULT灯亮。w短航线飞行（或其他原因）不需要NAV方式时，不需要提供地速、位置、航迹等其他导航数据。 在姿态基准方式，惯性基准系统只提供飞机的俯仰角、倾斜角和航向(角)。在引进磁航向基准时，可提供磁航向 。注：一旦转到ATT位，再转到ALIGN/NAV无效，除非在地面断电（OFF）后，飞机静止条件下由ALIGN顺序进行。（3 3）姿态（）姿态（ ATTATT）方式）方式（4 4）断开方式（）断开方式（OFFOFF） 将方式选择开关置OFF位即断开位置时，

12、经过30秒延时后，除了保持断开逻辑电路的电源外，IRS的全部供电电源均被断开，IRS系统不能工作。（3 3）惯性系统显示组件）惯性系统显示组件 惯性系统显示组件（ISDU）提供机组与IRU之间的联系，主要用来做数据引进、系统状态通告、导航信息选择显示。显示选择：控制左、右显示窗上导航数据的显示：TK/GS航迹角/地速；PPOS飞机当前位置的经、纬度；WIND风速和风向；HDG/STS航向/状态；TEST提供测试信号给选择的IRU；BRT调节显示窗的亮度。 系统显示电门选择左或右IRU在显示器上显示计算的导航参数。当显示选择电门在测试位时，可选择需要测试的IRU。（4 4）数模转换器）数模转换器

13、“HONZYWELL”生产的DAA是IRS的组成部件之一，它与其它飞机系统相联，以处理与IRS状态无关的信号。惯导系统在飞行中的应用：惯导系统在飞行中有两种工作方式： 导航(NAV)和姿态基准(ATT REF)(一)地面监控飞机滑行速度和航迹角(二)起飞离场加入航线 1、直飞某一航路点 2、直接切入所需航段(三)返航到离场点(四)转换航段(五)修改飞行计划 1、直飞所需航路点 2、修改航路点位置 3、按选定的航迹角修改飞行计划 4、平行航线飞行 5、切入所需航段(六)导航参数的显示和检查返回返回返回xtyt xpyp 返回返回返回返回返回ALIGN ON DCDC FAILFAULT校准直流供电直流失效故障返回返回高度真和磁航向加速度垂直速度地速航迹风位置(经纬度)返回飞行控制计算机自动油门计算机返回返回1、选择NAV模式ON DCON DC1、短时闪亮2、输入当前位置返回方式选择旋钮旋到ALIGN位输入当前位置不需人工输入30秒后转到NAV位