组合导航系统综合设计总结报告

姓名：班级： 日期：030810521 金鹏

030810523 卞晓永 030810511 毛槿健 0308105

2011/11/29

一、引言 ...............................................

1.1陀螺和加表的发展概况 ................................................... 1.2 GPS的发展概况 ......................................................... 1.3 捷联惯导的现状 ........................................................

二、组合导航原理 ........................................

2.1 组合导航的工作原理 .................................................... 2.2 INS/GPS组合模式分析 ...................................................

三、组合导航综合设计 ....................................

3.1IMU误差建模及补偿 ...................................................... 3.2GPS信息提取 ............................................................ 3.3组合导航结果分析 .......................................................

四、小结与体会 .........................................

一、 引言、

1.1陀螺和加表的发展概况

惯性导航系统是一种自主式导航系统，自问世以来，广泛应用在航海、航空、航天和军事等领域中；陀螺仪作为一种重要的惯性敏感器，是构成INS的基础核心器件，INS的性能在很大程度上取决于陀螺仪的性能。根据近几年国内外文献，目前惯性导航中应用的陀螺仪按结构构成大致可以分为三类：机械陀螺仪，光学陀螺仪，微机械陀螺仪(MEMSG)。

1.1.1 基本原理

1、陀螺仪

用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置。利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。 陀螺仪的原理就是，一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。人们根据这个道理，用它来保持方向，制造出来的东西就叫陀螺仪。陀螺仪在工作时要给它一个力，使它快速旋转起来，一般能达到每分钟几十万转，可以工作很长时间。然后用多种方法读取轴所指示的方向，并自动将数据信号传给控制系统。

2、加速度计

加速度计由检测质量（也称敏感质量）、支承、电位器、弹簧、阻尼器和壳体组成。检测质量受支承的约束只能沿一条轴线移动，这个轴常称为输入轴或敏感轴。当仪表壳体随着运载体沿敏感轴方向作加速运动时，根据牛顿定律，具有一定惯性的检测质量力图保持其原来的运动状态不变。它与壳体之间将产生相对运动，使弹簧变形，于是检测质量在弹簧力的作用下随之加速运动。当弹簧力与检测质量加速运动时产生的惯性力相平衡时，检测质量与壳体

之间便不再有相对运动，这时弹簧的变形反映被测加速度的大小。电位器作为位移传感元件把加速度信号转换为电信号，以供输出。加速度计本质上是一个一自由度的振荡系统，须采用阻尼器来改善系统的动态品质。 分类和工作原理 加速度计的类型较多：按检测质量的位移方式分类有线性加速度计(检测质量作线位移)和摆式加速度计（检测质量绕支承轴转动）；按支承方式分类有宝石支承、挠性支承、气浮、液浮、磁悬浮和静电悬浮等；按测量系统的组成形式分类有开环式和闭环式；按工作原理分类有振弦式、振梁式和摆式积分陀螺加速度计等；按输入轴数目分类，有单轴、双轴

和三轴加速度计；按传感元件分类，有压电式、压阻式和电位器式等。通常综合几种不同分类法的特点来命名一种加速度计。

1.1.2 发展概况

1、陀螺仪的发展

1687年牛顿提出了力学三大定律和引力定律，为惯性导航奠定了理论基础；

1765年俄国欧拉院士出版了著作《刚体绕定点运动的理论》，首次利用解析的方法对定点转动刚体作了本质解释，创立了陀螺仪理论的基础；1778年法国拉格朗日在《分析力学》中建立了在重力力矩作用下定点转动刚体的运动微分方程组。

1852年法国科学家傅科根据上述理论发现了陀螺效应，观察到了地球自转，并首先使用“Gyro”(Gyroscope－转动＋观察)这个名词；开创了人们对工程实用陀螺的研究和开发。 1923年，舒勒发表了论文《运载工具的加速度对于摆和陀螺仪的干扰》，提出了84.4分的无干扰理论，为惯性技术的发展起到了关键的理论指导作用，陀螺仪的设计开始完善； 1939年，苏联－布尔佳科夫通讯院士出版的：“陀螺仪实用理论”一书，认为是陀螺仪实用理论的奠基性的著作。

1949年，J. H. Laning, Jr.发表名为“The vector analysis of finite rotations and angles”的报告，建立了捷联式惯性导航的理论基础 ；

1920年前后，出现了供飞机使用的转弯速率指示器、人工水平仪和方位陀螺；

二战期间，德国的V2火箭用两个二自由度陀螺和一个加速度计构成惯性制导系统，这是惯性技术在导弹制导上的首次应用。但由于惯性器件精度低，设计粗糙，无法实现舒拉调谐要求，因此在轰炸伦敦的过程中，1/4的V2火箭提前掉入大海。

1949年，美国将纯惯性导航系统试验安装到一架B-29远程轰炸机上，首次实现了横贯美国大陆的全自动飞行，自主飞行时间长达10小时。

1958年，美国海军“鹦鹉螺”号核潜艇，从珍珠港附近出发，穿越北极冰层，历时21天到达英国波特兰港。装备液浮陀螺平台惯性导航系统，定位误差仅为20海里，震惊了世界。 20世纪70年代，美国利顿(Liton)公司的LTN系列惯导系统，当时几乎占据了世界民航飞机标准惯导的全部订单。 2、加速度计的发展

加速度计与运动载体的加速度成正比，其原理基于牛顿第二定律，加速度计输出经一次积分可获得速度，两次积分可获得运动位移，从而进行导航和制导。1657年，Christian Huygen发明了用于摆钟的高可靠摆轮，实际上它是第一个连续频率输出的加速度计。1928年出现了振弦式频率输出的加速度计，利用两端固定的物理弦的谐振频率随加速度变化的规律进行测量。1977年斯坦福大学首先采用微机械加工法制造出开环加速度计，得到广泛应用。随着惯性导航技术的发展，加速度计也不断得到完善。现在，原理、性能各异的多种类型不同级别的加速度计得到实用。如检测质量加速度计、液浮摆式加速度计、石英挠性加速度计、谐振式加速度计、光纤加速度计、硅微型加速度计等。