惯性导航 坐标系及方向余弦

1、惯性导航,?,惯性导航核心：,1,、需要确定载体加速度方向。,(,陀螺仪,测姿态，,即加速度方向,),2,、需要确定载体加速度大小。,(,加速度计,测加,速度大小,),?,陀螺仪和加速度计是惯性系统最关键的核,心惯性器件！,什么是运动物体的姿态？,词典,:,指物体呈现的样子。,惯性技术,:,指物体坐标系与参考坐标系相对角位移,关系。,姿态量测，姿态控制,主要内容,?,1,、常用坐标系,?,2,、坐标系相对角位移关系,1,、常用坐标系,?,惯性坐标系,?,地球坐标系,?,地理坐标系,?,载体坐标系,?,平台坐标系,坐标系,?,惯性坐标系：,相对恒星所确定的参考系称为惯性,空间，相对惯性空间静止或

2、作匀速直线运动的参,考坐标系。,?,日心惯性坐标系：原点取在日心。,?,地心惯性坐标系：原点取在地心，,Zi,轴与地球自,转轴一致，,Xi,、,Yi,轴在赤道平面内，构成右手直,角坐标系。地心惯性坐标系不参与地球的自转运,动，即其三根坐标轴在惯性空间的方向保持不变。,地球坐标系,地理坐标系,地理坐标系特点,载体坐标系,?,载体坐标系,z,b,轴垂直于甲板，,y,p,轴眼载体纵轴，,x,p,轴沿载体横轴。载体姿态即为载体坐标系相,对于地理坐标系角位移关系，对于船舶，可由,横摇角、纵摇角和航向角三个角度描述。,平台坐标系,?,在平台式惯性导航系统里，惯性元件陀螺仪和,加速度计安装在与运载体姿态运动

3、相隔离的平,台上，,z,p,轴垂直于平台台面，,y,p,轴指向平台北，,x,p,轴指向东。构成东北天右手坐标系。陀螺仪,和加速度计的输入轴与平台坐标系对准，平台,坐标系,o x,p,y,p,z,p,与地理坐标系,o x,t,y,t,z,t,。,?,惯性元件输出的信号是相对惯性空间的测量信,号，根据导航的任务不同，则必须将其转换为,地理坐标系或其他坐标系的信号。,?,-,坐标系的旋转及表示方法。,?,2,、坐标系关系,矢量与坐标轴方向余弦,?,直角坐标系,Ox,r,y,r,z,r,与载体固连,（简称,r,系）,?,Ox,0,y,0,z,0,为参考坐标系（简称,0,系）,?,要确定载体在空间的角位

4、置，,只要确定载体坐标系在参考坐,标系的角位置即可。而要做到,这一点，只需要知道,x,r,、,y,r,、,z,r,这三个轴的九个方向余弦。,坐标系各坐标轴方向余弦,?,如果把上述九个方向余弦组成一个,3*3,阶矩阵，,并且用,或,来表示，即,r,C,0,0,r,C,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,33,32,31,23,22,21,13,12,11,0,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,r,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,33,23,13,32,22,12,31,21,11,0,C,C,C,C,C,C,C,C,C,C,r,则称这种矩阵为方向余弦矩阵。其中,为,0,系对,r,系的方向,余弦矩阵，,为,r,系对,0,系的方向余弦矩阵。,r,C,0,0,r,C,?,利用方向余弦矩阵，可以很方便的进行坐标变换，即把某,一点或某一矢量在一个坐标系中的坐标，变换成另一坐标系,的坐标来表示。,方向余弦矩阵,基于方向余弦的坐标变换,图,1-9,方向余弦矩阵性质,?,九个方向余弦之间存在六个约,束条件，因而实际上只有三个,方向余弦是独立的。仅仅给定,三个独立的方向余弦，并不能,唯一的确定两个坐标系之间的,相对角位置。为了解决这个问,题，通常采用三个