惯导系统的编排

指北方位、自由方位、游动方位惯导系统介绍

指北方位惯导系统的系统编排

指北方位惯导系统选择当地地理坐标系（t）作为导航坐标系。因此，平台坐标系（p）在工作中将始终跟踪地理坐标系。

主要内容

• 平台指令角速度（也即为地理系的绝对角速度）
• 飞行器速度
• 经纬度计算
• 高度计算
• 姿态角获取

优点

• 加速度计输出的比力信号不用经过其它坐标系的变换就可以求得所需导航参数
• 姿态角可以从平台框架上直接取得
• 计算量小，惯导发展初期常用

存在问题

• 高纬度飞行时指令角速度急速增大，稳定回路设计困难
• 在极区飞行时$tanL$计算可能溢出

平台轴不跟踪地理北向而是与地理北向夹某个角度，称自由方位角。

自由方位惯导系统

自由方位惯导系统采用 的导航坐标系仍为一个水平坐标系。 $o x_p$ 和 $o y_p$ 始终处 于当地水平面内，但在方位上相对惯性空间保持稳定。在工作过程中系统对方位陀螺$G_Z$不加任何指令信号。平台绕轴$OZ_p$处于空间稳定状态。

如果一开始平台系 $o x_p y_p z_p$ 对准了地理系 $o x_t y_t z_t$ ，则在航行过程中, 由于地球自转及载体的地速，将使平台的 $o y_p$ 轴不断偏离 $o y_t$ ( $o x_p$ 轴同样偏离 $o x_t$ 轴），偏离角速度为 $\omega_{t p z}^t$ ，所形 成的夹角称为自由方位角，用 $\alpha_f$ 表示。

这样可以避免“指北方位系统”在高纬度区飞行时遇到的问题

游动方位惯导系统

游动方位惯导系统的平台坐标系仍为当地水平坐标系。

与自由方位系统的区别在于：对“方位陀螺力矩器”上要施加有限的指令角速率

$$\omega_{i p z}^p=\omega_{i e} \sin L=\omega_{i e z}^p$$

平台绕$OZ_p$轴只跟踪地球本身的转动，而不跟踪由载体地速引起的当地地理系的转动，

游动方位系统虽在陀螺 $G_z$ 上加有指令信号，但由于指令角 速度 $\omega_{i p z}^p$ 很小，因此不会发生指北方位系统在高纬度区域航行时遇到的问题，即仍保持了自由方位系统的优点。

而在利用方向余弦矩阵解算导航参数时，该方案比自由方位系统简单，计算量小。因此现行惯导系统大部分采用游动方位的方案。