第五章 惯性导航系统
一、概 述
用一种叫加速度计的仪表测量到飞机（物体）的运动加速度后，飞 2 dv d S 机即时速度和即 a 2 dt dt 时位置可由下式 t v v 0 获得 0 adt
S v0 dt
0
t
t
1 t t 2 a dt 2 0 0
若初始时刻的初速度v0=0，初始位移S0=0，则有
飞行速度引起地理坐标系转动
上式表明，飞机飞行速度将引起地理坐标系的绕地理东向、北向和垂线 方向相对地球坐标系转动。
第五章 惯性导航系统
二、有关知识
当地地理坐标系的绝对角速度
地球坐标系相对惯性坐标系的转动角速 度在地理坐标系上的投影为
eE 0 eN e cos e e sin
N e cos
地球自转角速度在地理坐标系上的投影
第五章 惯性导航系统
三、加速度计
加速度计的类型
加速度计是惯性导航系统的重要惯性元件，它用于测量飞机的线 加速度，并输出与加速度成比例的电信号。 加速度计按检测加速度质量的运动方式分，有线加速度计和摆式 加速度计。
第五章 惯性导航系统
上式表明，地球自转也将引起地理坐标 系绕地理北向和垂线方向相对惯性坐标 系的转动。
地球自转角速度在地理坐标系上的投影
第五章 惯性导航系统
二、有关知识
当地地理坐标系的绝对角速度
综合考虑地球自转和飞行速度的影响，得 当地地理坐标系的绝对角速度为
E
v cos Rh
v sin Rh v sin e sin tg Rh
经度和纬度
第五章 惯性导航系统
二、有关知识
地 球
通过地心并垂直于地轴的平 面的大圆为赤道平面，赤道 平面与地球表面的交线为赤 道。赤道是纬线，且是一个 大圆。凡是垂直于地轴的平 面与地球表面的交线都是纬 线。地垂线与赤道平面之间 的夹角叫做纬度。
经度和纬度
第五章 惯性导航系统
二、有关知识
当地地理坐标系的绝对角速度
OENζ相对惯性坐标系的转动 角速度应包括两个部分：相 对角速度，它是由于飞机相 对于地球运动而形成的；牵 连角速度，它是地球相对惯 性坐标系运动形成的。
地理坐标系
第五章 惯性导航系统
二、有关知识
当地地理坐标系的绝对角速度
以飞机水平飞行的情况进行讨论：设 飞机所在地的纬度为 ，飞行高度 为h，速度为v，航向角为ψ。把飞行 速度分解为沿地理北向和地理东向两 个分量 v N v cos
v E v sin 飞行速度北向分量vN引起地理坐标系绕 平行于地理东西方向的地心轴转动，其 转动角速度为
vN v cos Rh Rh
飞行速度引起地理坐标系转动
第五章 惯性导航系统
二、有关知识
当地地理坐标系的绝对角速度
飞行速度东向分量vE引起地理坐标系绕地 轴转动，其转动角速度为
v adt
0
S
1 t t 2 a dt 2 0 0
不管初始值v0与S0是否为零，在应用上述速度和位移公式时均可计算 出任何时刻的速度和任何一段时间内飞机（物体）所飞过的路程。
第五章 惯性导航系统一、概 述第章 惯性导航系统一、概 述
实际惯导系统不仅能提供即时速度和即时位置，还可以测量飞机 的姿态。在捷联式惯导系统中可提供多达 35个参数，构成惯性基 准系统。 35个参数中主要有：即时经度和纬度；飞机地速，航迹角；飞机 三个姿态角和角速度；沿机体轴的三个线加速度；垂直速度；惯 性高度。此外，在由大气数据系统提供真空速条件下，还输出风 速风向（角）等。 惯导系统通常由惯性测量组件、计算机、控制显示器等组成。惯 性测量组件包括加速度计和陀螺仪惯性元件。三个陀螺仪用来测 量飞机的沿三轴的转动运动；三个加速度计用来测量飞机的平动 运动的加速度。计算机根据加速度信号进行积分计算，还进行系 统的标定、对准，以及进行机内的检测和管理。控制显示器实时 显示导航参数。
第五章 惯性导航系统
• 惯性导航是一种自主式导航，它军用新机、民用新机、旧 飞机设备改装都要考虑配置的导航设备。
一、概 述
惯性导航是通过测量飞机的加速度（惯性），并自动进行积分 运算，以获得飞机即时速度和即时位置数据的一门综合性技术。
导航是引导飞机到达目的地的过程。飞机的导航系统有两种工 作状态：提供导航信息，驾驶员根据提供的信息引导飞机沿规定 的航线到达目的地；提供导航信息输入飞机飞行自动控制系统， 使飞机自动地沿规定航线飞行，后者构成了制导系统。
第五章 惯性导航系统
所谓导航，是指在某参考系内将运动物体以一点引导到 另一点的过程。 惯性导航所要解决的基本问题是不断确定载体的姿态、 速度和位置。 任何物质的运动和变化，都是在空间和时间中进行的。物 体的运动或静止及其在空间的位置，是指它相对另一物体而 言。这就是说，在描述物体的运动时，必须选定一个或几个 物体作为参考系。当物体对于参考系的位置有了变化时，就 说明该物体发生了运动。 惯性导航的基本原理，是根据牛顿运动定律，在载体内 部通过测定惯性力的大小来确定其运动加速度。
vE v sin R h cos R h cos
把上两项平移到地理坐标系的原点，并投 影到地理坐标系，可得
v rE
rN r
cos Rh cos v sin Rh sin v sin tg Rh
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二、有关知识
主要坐标系
1、实用惯性坐标系
2、地球坐标系
地心惯性坐标系和地球坐标系
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二、有关知识
主要坐标系
3、地理坐标系 4、机体坐标系
地理坐标系
机体坐标系
第五章 惯性导航系统
二、有关知识
地 球
地轴与地球表面的交点为地 球的两极，通过地理南、北 极的大圆弧叫做子午线或经 线，它是表示地理南北的方 向线。子午线和地轴构成的 平面叫做子午面。通过格林 威治天文台的子午线为本初 子午线，它与地轴构成的平 面为本初子午面。子午面与 本初子午面之间的夹角叫做 经度。