慣導(dǎo)技術(shù)及其應(yīng)用.ppt

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慣導(dǎo)技術(shù)及其應(yīng)用 1 慣導(dǎo)技術(shù)簡介2 加速計(jì)原理3 陀螺儀原理4 慣導(dǎo)技術(shù)原理小節(jié)5 慣導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用篇6 INS與GPS 導(dǎo)航小站 慣導(dǎo)技術(shù)簡介 慣性導(dǎo)航 是依據(jù)牛頓慣性原理 利用慣性元件 加速度計(jì) 來測量運(yùn)載體本身的加速度 經(jīng)過積分和運(yùn)算得到速度和位置 從而達(dá)到對運(yùn)載體導(dǎo)航定位的目的 另一樣重要元件 陀螺儀 在慣性空間中存在定軸性 如果在飛機(jī)上裝上陀螺儀 飛行員就可以通過軸相對于機(jī)身的指向來確定飛機(jī)的空間取向 石英加速度計(jì) 陀螺儀 加速度計(jì)的原理簡介 當(dāng)儀表殼體沿輸入軸作加速運(yùn)動(dòng)時(shí) 檢測質(zhì)量因慣性而繞輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng) 傳感元件將這一轉(zhuǎn)角變換為電信號 經(jīng)放大后饋送到力矩器構(gòu)成閉環(huán) 力矩器產(chǎn)生的反饋力矩與檢測質(zhì)量所受到的慣性力矩相平衡 輸送到力矩器中的電信號 電流的大小或單位時(shí)間內(nèi)脈沖數(shù) 就被用來度量加速度的大小和方向 液浮式 陀螺儀原理 高速旋轉(zhuǎn)的陀螺能在細(xì)線或手指上保持平衡 能以非常奇妙的方式抵制自轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng) 進(jìn)動(dòng) 這是陀螺儀抵抗重力的表現(xiàn) 如圖右所示 回轉(zhuǎn)的車輪懸在空中一般情況下 進(jìn)動(dòng)的發(fā)生過程是 如果有一個(gè)陀螺儀正在旋轉(zhuǎn) 而您施力轉(zhuǎn)動(dòng)它的自轉(zhuǎn)軸 則陀螺儀反而會(huì)圍繞與力軸成直角的軸轉(zhuǎn)動(dòng) 圖1中 陀螺儀正圍繞自己的軸旋轉(zhuǎn) 圖2中 施力轉(zhuǎn)動(dòng)陀螺儀的自轉(zhuǎn)軸 圖3中 陀螺儀沿著與輸入力方向垂直的軸對輸入力做出反應(yīng) 向輪軸施力時(shí) 標(biāo)示的兩點(diǎn)會(huì)傾向于朝圖中指示的方向運(yùn)動(dòng) 兩個(gè)點(diǎn)一邊旋轉(zhuǎn) 一邊繼續(xù)原來的運(yùn)動(dòng) 如果在一個(gè)平臺上裝兩個(gè)陀螺儀 并讓它們的軸互成直角 然后把平臺放入一套平衡環(huán)中 那么無論平衡環(huán)怎樣轉(zhuǎn)動(dòng) 平臺都將完全保持穩(wěn)定 這是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理 總的來說 進(jìn)動(dòng)效應(yīng)就是一旦開始旋轉(zhuǎn)陀螺儀 它的軸就總是試圖指往同一方向 的確 只要將陀螺儀放在一套平衡環(huán)中 它就能持續(xù)指向同一方向 小節(jié) 這兩種敏感元件的組合可以使人們掌握物體的逼真準(zhǔn)確的3維空間運(yùn)動(dòng) 姿態(tài)與位置 被廣泛運(yùn)用于飛行器 船舶 車輛 武器炮彈領(lǐng)域 在人們熟悉的手機(jī) 電腦游戲中也有它的運(yùn)用 如果把加速度計(jì)與陀螺儀分別安裝在x y z三個(gè)軸上 加速度計(jì)告訴我們運(yùn)動(dòng)物體的直線運(yùn)動(dòng)情況 陀螺儀告訴我們物體轉(zhuǎn)彎或坡度變化情況 慣導(dǎo)技術(shù) 應(yīng)用篇 認(rèn)字手套 揮一揮衣袖 就知道你帶走什么云彩 卡爾斯魯厄理工學(xué)院認(rèn)知系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)團(tuán)隊(duì)將普通的針織手套中置入了慣性傳感器 加速計(jì) 陀螺儀等先進(jìn)儀器 一旦有人戴著它在空中比劃某些英文字母 單詞甚至是句子 這套系統(tǒng)都可以輕松識別出來 陀螺儀在手機(jī)上的應(yīng)用 第一大用途 導(dǎo)航 第二大用途 可以和手機(jī)上的攝像頭配合使用 比如防抖 第四大用途 各類游戲的傳感器 第三大用途 可以用作輸入設(shè)備 應(yīng)用水平陀螺儀的功能 遙控直升機(jī) 慣導(dǎo) 就在生活中 慣導(dǎo) INS 與GPS 純慣導(dǎo)系統(tǒng)是很難的 現(xiàn)在應(yīng)用更多的是組合導(dǎo)航系統(tǒng) 比如熱門的GPS INS GPS是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 但在軍事應(yīng)用存在易受干擾 動(dòng)態(tài)環(huán)境中可靠性差以及數(shù)據(jù)輸出頻率低等不足 INS系統(tǒng)能輸出載體的姿態(tài)和位置信息 完全自主 保密性強(qiáng) 并且機(jī)動(dòng)靈活 具備多功能參數(shù)輸出 但是存在誤差隨時(shí)間迅速積累的問題 導(dǎo)航精度隨時(shí)間而發(fā)散 不能單獨(dú)長時(shí)間工作 必須不斷加以校準(zhǔn) 將GPS和INS進(jìn)行組合可以使兩種導(dǎo)航系統(tǒng)取長補(bǔ)短 構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體 1 GPS INS組合改善了系統(tǒng)精度高精度的GPS信息可以用來修正INS 控制其誤差隨時(shí)間的積累 而利用INS短時(shí)間內(nèi)定位精度較高和數(shù)據(jù)采樣率高的特點(diǎn) 可以為GPS提供輔助信息 2 GPS INS組合加強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力當(dāng)GPS信號受到高強(qiáng)度干擾 或當(dāng)衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)出現(xiàn)故障時(shí) INS系統(tǒng)可以獨(dú)立地進(jìn)行導(dǎo)航定位 3 GPS向INS接收機(jī)提供有關(guān)的初始位置 初速度等信息在慣性系統(tǒng)中 物體在勻速直線運(yùn)動(dòng)和靜止時(shí)加速度均為0 如何辨別此時(shí)的速度 用GPS 且GPS能夠通過衛(wèi)星向載體提供多樣的環(huán)境信息 然而由于美國對GPS的壟斷 目前我國民航對GPS INS的運(yùn)用很有限 主要使用INS DME 無線電測距儀 DMS可以算出飛行器與地面導(dǎo)航臺的距離 Thankyou