《陀螺仪与惯导》PPT课件

《《陀螺仪与惯导》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、陀螺仪——惯性导航的核心器件导航(Navigation)：获取航行中载体的运动信息的技术基本类型：陆标导航（Landmark)推算定位导航（DeadReckoning）天文导航（AstronomicalNavigation）无线电导航（RadioNavigation）——惯性导航（InertialNavigationSystem，INS）——卫星定位导航（GPS,GLONASS,Galileo,北斗……）惯性导航的基本思想以牛顿第二定律为基础第二定律加速度(Acceleration)、速度（velo

2、city）和位置（Position）之间的关系：加速度可以由加速度计测量(accelerometer)惯性(inertial)导航：以加速度测量为基础的导航定位方法不依赖外界信息，只靠对载体(vehicle)本身的惯性测量来完成导航任务的技术——惯性导航平面上的惯性导航在平面上的导航(Two-DimensionalNavigation)对加速度计的输出信号进行计算，就可以实时计算出载体在坐标系中的位置和瞬时速度平台在整个导航过程中，始终模拟平面坐标系OXY导航参考坐标系在工程上通过陀螺稳定平台来实现

3、对导航参考坐标系的模拟陀螺仪：定义、缘起广义概念Gyroscope古希腊语：旋转敏感器狭义概念陀螺：绕自身对称轴高速旋转的刚体陀螺仪：陀螺+支撑及辅助装置，实现某种测量功能从玩具陀螺说起高速旋转的陀螺具有定轴性定轴性易被破坏破坏（干扰）因素非对称支撑带来的干扰力矩旋转受到的摩擦力支承改进：框架、支点、自由度改变支点位置，引入框架支撑框架嵌套式支承的实现等效支点（万向支点、定点）转子的自由度转子轴的自由度二自由度陀螺仪（对转子轴）单自由度陀螺仪摩擦及对策、漂移率摩擦力矩分类及影响转子受到的摩擦（减速）

4、框架轴处的摩擦及影响解决措施维持转子高速的旋转：电机驱动改进支撑方式，降低轴承摩擦漂移、漂移率漂移：受干扰影响，陀螺转子轴相对惯性空间的转动漂移率：陀螺转子轴漂移的角速率（度/小时）惯性级精度：0.01度/小时陀螺的发展历史：消除各种有害力矩、降低漂移率的历史傅科陀螺仪傅科：法国地球物理学家(1819-1868)验证地球自转傅科摆(1851)傅科陀螺仪(1852)精度较低，无法验证地球自转之后轴承工艺得到改进L=67mM=28kgA=6m原理？陀螺罗经——航海方面的最早应用人类早期航海采用磁罗盘（指

5、南针）19世纪后期，钢质轮船逐渐取代木质轮船，磁罗盘无法再保证精度在极地附近磁罗盘也会失灵寻找能够替代磁罗盘的方位指使仪如果借助陀螺仪，需要解决实时、自主寻北的问题1908年，德国人安休茨（Anschutz）研制成陀螺罗经1909年，美国人斯佩里（Sperry）也独立研制成陀螺罗经——陀螺仪实用技术形成和发展的开端航空应用——地平仪、航向仪1920s后陀螺仪开始应用在航空，用来测量飞机的姿态角飞行器的姿态角：航向、俯仰、横滚地平仪：建立水平基准，实现对俯仰、横滚的测量航向仪：建立方位基准，实现对航向

6、角的测量陀螺仪在导弹中的最早应用30年代被Goddard用于火箭试验二战中用于导弹：V1、V21942年12月，德国首次试射V1V1巡航导弹V2弹道导弹V1被大量投入到二战1944年6月，德国从法国北部向英国发射V1，10500枚落到英国3200枚伦敦2500枚德国战败后，导弹技术人员大量流向苏美冯·布劳恩,杨格尔陀螺仪的惯性级应用——“舡鱼”之旅二战后，苏美继续大力发展导弹和火箭技术（布劳恩Vs科罗廖夫）50年代初，美国MITDraper实验室研制出达到惯性级精度的液浮陀螺仪1958年，美国“舡鱼

7、”号潜艇之旅珍珠港-白令海峡-北极-波特兰历时21天，航程15000Km——标志着以陀螺仪为核心的惯性导航技术在50年代已经趋于成熟三浮、静电陀螺——高精度的追逐陀螺仪发展的两个方向：1、高精度2、低成本、小型化三浮陀螺（液浮、气浮、磁悬浮）最高精度10e-7度/小时静电陀螺：转子无接触悬浮1952提出方案1970s末进入实用最高精度10e-7度/小时国内研制状况缺点：结构复杂，成本高昂光学、振动陀螺——低成本小型化激光陀螺60年代初开始研制，70年代进入实用光纤陀螺70年代开始研制，80年代初进入

8、实用1983-1994美国各类陀螺比例振动陀螺、微机械陀螺音叉振动陀螺、压电振动陀螺、半球谐振陀螺END参考教材：陀螺仪原理及应用（郭素云·哈工大出版社）惯导系统陀螺仪原理（郭秀中·国防工业出版社）