综合设计总结报告

组合导航系统综合设计总结报告姓名：赵斐030710518姜峰030710514冯博030710513班级：0307105日期：2010-11-17一、引言1.1陀螺和加表的发展概况●陀螺仪陀螺仪，英文名称：gyroscope 。

利用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置。

利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪，它在科学、技术、军事等各个领域有着广泛的应用。

比如：回转罗盘、定向指示仪、炮弹的翻转、陀螺的章动、地球在太阳（月球）引力矩作用下的旋进（岁差）等。

陀螺仪的种类很多，按用途来分，它可以分为传感陀螺仪和指示陀螺仪。

传感陀螺仪用于飞行体运动的自动控制系统中，作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器。

指示陀螺仪主要用于飞行状态的指示，作为驾驶和领航仪表使用。

现在的陀螺仪分为，压电陀螺仪，微机械陀螺仪，光纤陀螺仪，激光陀螺仪，都是电子式的，可以和加速度计，磁阻芯片，GPS，做成惯性导航控制系统。

●陀螺仪的基本类型：根据框架的数目和支承的形式以及附件的性质决定陀螺仪的类型有：三自由度陀螺仪(具有内、外两个框架，使转子自转轴具有两个转动自由度。

在没有任何力矩装置时，它就是一个自由陀螺仪)。

二自由度陀螺仪(只有一个框架，使转子自转轴具有一个转动自由度)。

根据二自由度陀螺仪中所使用的反作用力矩的性质，可以把这种陀螺仪分成三种类型：速率陀螺仪(它使用的反作力矩是弹性力矩)；积分陀螺仪(它使用的反作用力矩是阻尼力矩)；无约束陀螺(它仅有惯性反作用力矩)；现在，除了机、电框架式陀螺仪以外，还出现了某些新型陀螺仪，如静电式自由转子陀螺仪，挠性陀螺仪，激光陀螺仪等。

●加速度计加速度计，在飞行控制系统中，加速度计是重要的动态特性校正元件。

在惯性导航系统中，高精度的加速度计是最基本的敏感元件之一。

不同使用场合的加速度计在性能上差异很大，高精度的惯性导航系统要求加速度计的分辨率高达10g，但量程不大；测量飞行器过载的加速度计则可能要求有10g的量程，而精度要求不高。

分类和工作原理加速度计的类型较多：按检测质量的位移方式分类有线性加速度计(检测质量作线位移)和摆式加速度计（检测质量绕支承轴转动）；按支承方式分类有宝石支承、挠性支承、气浮、液浮、磁悬浮和静电悬浮等；按测量系统的组成形式分类有开环式和闭环式；按工作原理分类有振弦式、振梁式和摆式积分陀螺加速度计等；按输入轴数目分类，有单轴、双轴和三轴加速度计；按传感元件分类，有压电式、压阻式和电位器式等。

通常综合几种不同分类法的特点来命名一种加速度计。

加速度计的基本类型：闭环液浮摆式加速度计它的工作原理是：当仪表壳体沿输入轴作加速运动时，检测质量因惯性而绕输出轴转动，传感元件将这一转角变换为电信号，经放大后馈送到力矩器构成闭环。

力矩器产生的反馈力矩与检测质量所受到的惯性力矩相平衡。

输送到力矩器中的电信号（电流的大小或单位时间内脉冲数）就被用来度量加速度的大小和方向。

摆组件放在一个浮子内，浮液产生的浮力能卸除浮子摆组件对宝石轴承的负载，减小支承摩擦力矩，提高仪表的精度。

浮液不能起定轴作用，因此在高精度摆式加速度计中，同时还采用磁悬浮方法把已经卸荷的浮子摆组件悬浮在中心位置上，使它与支承脱离接触，进一步消除摩擦力矩。

浮液的粘性对摆组件有阻尼作用,能减小动态误差,提高抗振动和抗冲击的能力。

波纹管用来补偿浮液因温度而引起的体积变化。

为了使浮液的比重、粘度基本保持不变，以保证仪表的性能稳定，一般要求有严格的温控装置。

挠性摆式加速度计采用挠性支承的摆式加速度计。

摆组件用两根挠性杆与仪表壳体连接。

挠性杆绕输出轴的弯曲刚度很低，而其他方向的刚度很高。

它的基本工作原理与液浮摆式加速度计类似。

这种系统有一高增益的伺服放大器，使摆组件始终工作在零位附近。

这样挠性杆的弯曲很小,引入的弹性力矩也微小,因此仪表能达到很高的精度。

这类加速度计有充油式和干式两种。

充油式的内部充以高粘性液体作为阻尼液体，可改善仪表动态特性和提高抗振动、抗冲击能力。

干式加速度计采用电磁阻尼或空气膜阻尼，便于小型化、降低成本和缩短启动时间，但精度比充油式低。

振弦式加速度计由两根相同的弦丝作为支承的线性加速度计。

两根弦丝在永久磁铁的气隙磁场中作等幅正弦振动。

弦丝的振动频率与弦丝张力的平方根成比例。

不存在加速度作用时，两根弦丝的张力相等，振动频率也相等,频率差等于零。

当沿输入轴有加速度作用时,作用在检测质量上的惯性力使一根弦丝的张力增大，振动频率升高；而另一根弦丝的张力则减小，振动频率降低。

仪表中设有和频控制装置，保持两根弦丝的振动频率之和不变。

这样两根弦丝的振动频率之差就与输入加速度成正比。

这一差频经检测电路转换为脉冲信号，脉冲频率与加速度成正比，而脉冲总数与速度成正比，因此这种仪表也是一种积分加速度计。

弦丝张力受材料特性和温度影响较大，因此需要有精密温控装置和弦丝张力调节机构。

摆式积分陀螺加速度计利用自转轴上具有一定摆性的双自由度陀螺仪来测量加速度的仪表。

陀螺转子的质心偏离内环轴，形成摆性。

如果转子不转动，陀螺组件部分基本上是一个摆式加速度计。

当沿输入轴（即陀螺外环轴）有加速度作用时，摆绕输出轴（即内环轴）转动，使轴上的角度传感器输出信号，经放大后馈送到外环轴力矩电机，迫使陀螺组件绕外环轴移动，在内环轴上产生一个陀螺力矩。

它与惯性力矩平衡，使角度传感器保持在零位附近。

陀螺组件绕外环轴转动的角速度正比于输入加速度，转动角度的大小就是输入加速度的积分，即速度值。

通常在外环轴上安装一个脉冲输出装置，用以得到加速度计测量的加速度和速度信息：脉冲频率表示加速度；脉冲总数表示速度。

这种加速度计靠陀螺力矩来平衡惯性力矩，它能在很大的量程内保持较高的测量精度，但结构复杂、体积较大、价格较贵。

加速度计和陀螺仪的区别：1)加速度计用于测量加速度。

借助一个三轴加速度计可以测得一个固定平台相对地球表面的运动方向，但是一旦平台运动起来，情况就会变得复杂的多。

如果平台做自由落体，加速度计测得的加速度值为零。

如果平台朝某个方向做加速度运动，各个轴向加速度值会含有重力产生的加速度值，使得无法获得真正的加速度值。

例如，安装在60度横滚角飞机上的三轴加速度计会测得2G的垂直加速度值，而事实上飞机相对地区表面是60度的倾角。

因此，单独使用加速度计无法使飞机保持一个固定的航向。

2)陀螺仪测量机体围绕某个轴向的旋转角速率值。

使用陀螺仪测量飞机机体轴向的旋转角速率时，如果飞机在旋转，测得的值为非零值，飞机不旋转时，测量的值为零。

因此，在60度横滚角的飞机上的陀螺仪测得的横滚角速率值为零，同样在飞机做水平直线飞行时，角速率值为零。

可以通过角速率值的时间积分来估计当前的横滚角度，前提是没有误差的累积。

陀螺仪测量的值会随时间漂移，经过几分钟甚至几秒钟定会累积出额外的误差来，而最终会导致对飞机当前相对水平面横滚角度完全错误的认知。

因此，单独使用陀螺仪也无法保持飞机的特定航向。

3)加速度计在较长时间的测量值（确定飞机航向）是正确的，而在较短时间内由于信号噪声的存在，而有误差。

陀螺仪在较短时间内则比较准确而较长时间则会有与漂移而存有误差。

因此，需要两者（相互调整）来确保航向的正确。

即使使用了两者，也只可以用于测得飞机的俯仰和横滚角度。

对于偏航角度，由于偏航角和重力方向正交，无法用加速度计测量得到，因此还需要采用其他设备来校准测量偏航角度的陀螺仪的漂移值。

校准的设备可以使用磁罗盘计（电子磁罗盘，对磁场变化和惯性力敏感）或者GPS。

1.2G PS的发展概况全球定位系统全球定位系统（Global Positioning System - GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。

经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。

随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。

GPS的应用已十分广泛，而且越来越广泛，差不多涉及到国民经济的各个领域，尤其是近几年来其向消费市场的发展的强劲势头表时，以GPS位代表的卫星导航应用产品，由于他能很容易地提供位置、速度和时间信息，所以会很快成为现代信息社会的重要信息来源，成为信息时代的国家基础设施之一，由于他功能强大、使用方便、价格合适，所以能很好的与其他系统结合，形成大量的新应用、新产品，迅速的进入我们日常工作、学习、生活和娱乐中，它的发展具有如下特点：GPS应用产品产业是当前国际上八大无线产业之一；GPS也是目前世界上发展的最快的三大信息产业之一；GPS与GSM和CDMA的结合已成为全球通信导航界的热点；20世纪90年代是GPS大显身手、垄断全还应和形成新型国际产业的10年。

21世纪头10年在以GPS为代表的卫星导航产业中仍将由美国占据主导地位。

但欧洲、日本、中国和俄罗斯会在这一巨大市场中扮演重要角色。

未年10年全还应卫星导航产业发展的总趋势预测如下：卫星导航手段在多数国家和地区可能成为代替传统导航、定位和定时的唯一手段。

在海陆空田四大领域中，凡是需要动态或静态定位、定姿、定时和导航信息的地方都会采用卫星导航信息。

各国卫星导航系统在民用领域的相互兼容将成为国际大趋势。

陆上车辆导航将成功驱动卫星导航产业迅猛发展的强劲动力。

民用的效益远比军用的大，应用面宽广得多，真正做到制造产业化和消费大众化，达到物尽其用；卫星导航技术与通信、遥感和大众消费产品的相互融合将会创造出许多新产品和新服务，开拓出一个商机无限的市场。

在未来五年里，将有高达百分之八十多的车辆装上GPS 装置。

●伽利略定位系统伽利略定位系统（Galileo Positioning System），是欧盟一个正在建造中的卫星定位系统，有“欧洲版GPS”之称，也是继美国现有的“全球定位系统”（GPS）及俄罗斯的GLONASS系统外，第三个可供民用的定位系统。

伽利略系统的基本服务有导航、定位、授时；特殊服务有搜索与救援；扩展应用服务系统有在飞机导航和着陆系统中的应用、铁路安全运行调度、海上运输系统、陆地车队运输调度、精准农业。

2010年1月7日，欧盟委员会称，欧盟的伽利略定位系统将从2014年起投入运营。

伽利略系统构建目的：1、为用户提供更准确的数据2、加强对高纬度地区的覆盖，包括挪威、瑞典等地区。