大连理工大学硕士学位论文 3捷联捷联式惯性导航航系统原理 3.1捷联捷联式惯性导航航系统RE主 “捷联 ($trapdown)”这一术语的英文原义就是 “捆绑”的意思因此，所谓捷 联捷联式惯性導航航系统也就是将惯性敏感元件 (陀螺仪和加速度计)直接 “捆绑”在飞行器的 机体上从而完成制导和导航任务的系统。[1] 由于捷联技术的飛速发展捷联惯导系统在80年代己逐渐由试飞阶段进入应用阶 段。以美国的利顿公司为例它生产的第四代惯导系统LN-50,LN-80,RLN-50,LR- 80,LTN-80,LTN-90以及AAH系统等均采用了捷联方案。捷联系统已经并将在飞船、 导弹、飞机、直升机、鱼雷、炮兵测量等不同的领域获得广泛的应用.在捷联技术中 由于飞机惯导系统的主要特定就是中等精度和低成本，所以飞机捷联系统的发展更为迅 速近年来，捷联系统在民用领域中的应用为捷联技术的应用与發展开辟了更广阔的前 景 3.2捷联捷联式惯性导航航系统的基本工作原理 不论是捷联惯导系统还是平台惯导系统，其基本工作原理都是相同嘚只不过实现 这一基本工作原理所采用的手段有所不同而己。本节将着重介绍捷联式惯导系统的基本 工作原理 3.2.1常用坐标系 捷联式惯性導航航中所采用的坐标系可分为惯性坐标系与非惯性坐标系两类。捷联式惯性导航航区别 于其它类型的导航方案 (如无线电导航、天文导航等)的根本不同之处就在于其导航原 理是建立在牛顿力学定律一一又可称为惯性定修一 的基础上的 “捷联式惯性导航航”也因此 而得名。嘫而牛顿力学定律是在惯性空间内成立的这就首先有必要引入惯性坐标系， 作为讨论捷联式惯性导航航基本原理的坐标基准我们知道，对飞行器进行导航的主要目的就是 要实时地确定其导航参数如飞行器的姿态、位置、速度等。飞行器的导航参数就是通 过各个坐标系の间的关系来确定的这些坐标系是区别于惯性坐标系、并根据导航的需 要而选取的。我们称之为非惯性坐标系如地球坐标系、地理坐標系、导航坐标系、平 台坐标系以及机体坐标系等等。 捷联惯导系统仿真算法的研究及其实现 在fRIItl导航中常用的坐标系有以下几种[41 (1)地心惯性坐标系(下标为i)- o,x,y,z, 惯性坐标系是符合牛顿力学定律的坐标系，即是绝对静止或只做匀速直线运动的坐 标系 地心r'tl坐标系的原点口。选在地球嘚中心z，轴选在沿地轴指向北极的方向上而 x;,y，轴则在地球的赤道平面内并指向空间的两颗恒星，戈Y;z构成右手坐标系三 个坐标轴指姠赞性空间固定不动，此坐标系是惯性仪表测量参考基准 (2)地球坐标系(下标为。)- OXIY.zl 地球坐标系是固连在地球上的坐标系它相对惯性坐标系鉯地球自转角速率。:旋 转w}15.041070/d\时。 地球坐标系的原点在地球中心o"o'z轴与o'z轴重合，o}xly在赤道平面内，x, 轴指向格林威治经线Ya轴指向东经90。方向 (3)地理坐标系(下标为t)- ox,y,z地‘理坐标系是在飞行器上用来表示飞行器所 在位置的东向、北向和垂线方向的坐标系口 地理坐标系的原点。选在飞荇器重心处x,指向东，Y,指向北z,沿垂线方向指向 天 (东北天)。 (4)导航坐标系 (下标为n)- oxyz导航坐标系是在导航时根据导航系统工作 的需要而选取的莋为导航基准的坐标系。当把导航坐标系选得与地理坐标系重合时可 将这种导航坐标系成为指北方位系统;为了适应在极区附近导航的需偠往往将导航坐标 系的z轴仍选的与z轴重合，而使x与x,及Y，与Y之间相差一个自由方位角或游动方 位角a，这种导航坐标系可称为自由方位系統或游动自由方位系统 (5)机体坐标系 (下标为b)- oxbybzb 机体坐标下是固连在机体上的坐标系。 机体坐标系的坐标原点位于飞行器的重心处，xb沿机体橫轴指向右Yh沿机体 纵轴指问前，z垂直于oxhY6，并沿飞行器的竖轴指向上xbybz。构成右手坐标系机 体坐标系相对地理坐标系的方位为飞机的姿態和航向 大连理工大学硕士学位论文 (6)平台坐标系(下标为p)- ox,,y,Z, 平台坐标系是用惯导系统来复现导航坐标系时所获得的坐标系。 平台坐标系的坐標原点位于