捷联式惯导系统机械编排与捷联惯导原理解析

"捷联式惯导系统的机械编排方案-fanuc机器人karel语言参考手册" 本资源主要探讨了捷联式惯导系统（ Strapdown Inertial Navigation System, SINS）的机械编排方案，这是一种先进的导航技术，常用于飞行器、船舶和地面车辆的自主导航。捷联式惯导系统利用惯性测量单元（IMU）来监测载体的运动状态，无需外部参考信号，如全球定位系统（GPS）。 1. **惯性导航基本原理**： 惯性导航基于牛顿第二定律，通过测量载体在惯性坐标系下的加速度来计算其位置、速度和姿态。这种系统包括加速度计和陀螺仪，它们能够感知载体的线性和旋转运动。 2. **坐标系**： - **惯性坐标系（I系）**：固定且不随地球旋转的坐标系。 - **地球坐标系（E系）**：与地球表面固定，随地球自转的坐标系。 - **载体坐标系（B系）**：以载体自身为中心的坐标系。 - **地理坐标系（T系）**：基于经纬度的地球表面坐标系。 - **目标方位坐标系（D系）**：针对特定目标定向的坐标系。 - **导航坐标系**：通常与地理坐标系相关联，用于导航计算。 - **平台坐标系（P系）**：在平台式惯导系统中使用的坐标系，与载体相对固定。 3. **惯导系统的组成**： 惯导系统由IMU（包含加速度计和陀螺仪）、数据处理单元、电源和控制装置等部分组成。 4. **平台的结构与组成**： - **框架结构**：提供稳定的基础，承载传感器和执行器。 - **加速度计组合**：测量载体在三个轴向的加速度。 - **陀螺组合**：检测载体的旋转运动。 - **姿态角传感器**：测量载体相对于某一基准的转动角度。 - **力矩电机**：用于校正和控制平台姿态。 5. **初始对准**： - **导航前的准备**：校准传感器，消除初始误差。 - **初始对准的指标与分类**：根据精度和时间要求，分为快速对准和精确对准。 6. **平台的表观运动**： - **地球自转**：导致载体在坐标系中的相对运动。 - **地理位置变化**：载体移动引起坐标系的变化。 - **控制指令角速率补偿**：通过力矩电机抵消这些表观运动。 7. **载体的运动加速度**： - **载体空间运动描述**：通过加速度计的数据分析载体运动。 - **载体空间运动的加速度**：包括直线加速度和旋转加速度。 - **惯性导航基本方程**：基于牛顿运动定律的导航计算模型。 8. **指北方位惯导系统的力学编排方案**： 这是一种特定的惯导系统布局，旨在保持系统指向北方，提高导航精度。 9. **捷联式惯导系统**： - **方向余弦与方向余弦矩阵**：用于表示两个坐标系之间的相对方向。 - **机械编排方案**：涉及如何将IMU与载体动态连接，减少机械干扰。 - **姿态矩阵的即时更新**：通过欧拉角法、方向余弦法或四元数法实时更新载体的姿态信息。 10. **捷联惯导初始对准**： - 基本概念：确保传感器数据与载体实际状态一致的起始过程。 捷联式惯导系统的关键优势在于其独立性，能够在没有外部参考的情况下进行长时间的自主导航，但需要准确的初始对准和不断更新的姿态信息。Karel语言可能在此领域中用于编写和调试惯导系统的控制程序。