惯性导航基础：两天半掌握核心原理

"惯性导航基本原理-(入门两天半).pdf" 本文档是关于惯性导航技术的基础教程，适合初学者。作者刘保中在2012年编写，共73页，涵盖了从导航系统的基本概念到惯性导航系统的详细组件、坐标系和工作原理。 1. 导航与控制 导航系统不仅包括了将飞行器从一点移动到另一点的技术，还强调在特定条件、时间、精度和预定航线上进行。它涉及到航行体在面对各种外部干扰（如自然风）和内部设备误差时，如何保持准确导航的问题。 2. 坐标系 惯性导航中涉及多种坐标系，包括惯性坐标系(i系)、地球坐标系(e系)、载体坐标系(b系)、地理坐标系(t系)、目标方位坐标系(d系)、导航坐标系和平台坐标系(P系)。这些坐标系在描述载体运动和计算导航信息时各有其用途。 3. 惯导系统组成 惯性导航系统通常由加速度计、陀螺仪、姿态角传感器和力矩电机等部件构成，用于测量和补偿载体的运动状态。 4. 平台结构与组成 平台的框架结构是系统的基础，加速度计组合和陀螺组合用于感知载体运动，而姿态角传感器和力矩电机则用于调整和稳定平台。 5. 初始对准 在导航开始前，必须进行初始对准，确保系统传感器与实际环境同步，这包括对地轴定向和设备误差校正。 6. 表观运动 地球自转和地理位置变化会导致载体出现表观运动，这些运动需要通过控制指令角速率进行补偿，以获得精确的载体运动信息。 7. 载体的运动加速度 载体的运动加速度是导航计算的关键，包括空间运动的描述、加速度的计算以及由此导出的基本导航方程。 8. 指北方位惯导系统 这类系统特别关注于确定载体相对于地理北方的方向，采用特定的力学编排方案。 9. 捷联式惯导系统 捷联式惯导系统不依赖物理平台，而是通过数学算法直接处理传感器数据。其中，方向余弦矩阵、欧拉角和四元数是表示和更新姿态的主要工具，每种方法都有其优缺点。 9.1 方向余弦矩阵及其应用 方向余弦矩阵连接不同坐标系，可以用来表示和转换方向信息。 9.3 姿态矩阵即时更新 欧拉角法、方向余弦法和四元数法是更新姿态信息的常见方法，四元数法因避免了万向节死锁问题而常被青睐。 9.4 捷联惯导初始对准 捷联式惯导的初始对准同样重要，需要校准传感器数据，消除误差，确保系统能够正确跟踪载体运动。 这份文档为读者提供了惯性导航技术的全面概述，从基础概念到复杂算法，是理解惯性导航系统工作原理的宝贵资料。