导航原理 第一章 序言 1，根本概念 导航 4 导航的分类 所谓自主导航，其严厉的界说是，运动体彻底依托所载的设备，自主地完结导航使命，和外界不发生任何光、电联络，不然称为非自主导航。 长处：隐蔽性好，作业不受外界条件（天然、非天然）的影响。 非自主导航的缺陷：1，需求地上站；2，实时性差；3，安全性差。 自主导航的办法主要有：惯性导航、地舆导航、地（陆）标导航和卫星导航等。 惯性导航（inertial navigation）： 经过丈量运动体的加速度(惯性)，并进行积分运算，取得飞行器瞬时速度和瞬时方位数据的技能。 惯性导航的原理 惯性导航体系归于一种计算导航办法．即从一已知点的方位依据接连测得的运载体航向角和速度计算出其下一点的方位．因此可接连测出运动体的当时方位。惯性导航体系中的陀螺仪用来构成一个导航坐标系使加速度计的丈量轴稳定在该坐标系中并给出航向和姿势角；加速度计用来丈量运动体的加速度，经过对时刻的一次积分得到速度，速度再经过对时刻的一次积分即可得到间隔。 惯性导航体系的组成及各部分的效果 加速度计 惯性导航体系的分类 （1）渠道式惯性导航体系 惯性导航体系的缺陷 （1）由于导航信息经过积分而发生．定位差错随时刻而增大．长时间精度差； 惯性导航的典型使用 二战期间德国的V2火箭初次使用了惯性导航体系 地舆导航（celestial navigation） 界说：以已知准确空间方位的天然天体为基准，经过天体丈量仪器被迫勘探天置，经解算确认丈量点地点载体的导航信息。 地舆导航的重要性 美国：1998年前后，美国数十位导航专家耗时13个月提出了一整套导航战理论，对未来战场上GPS的可用性表明忧虑，然后指出两种导航体系并存的必要性，并特别强调地舆惯性导航的重要性。 地舆导航的重要性 英国有关的人表明，假如敌方是在首要使我方的电子导航、无线电导航设备失掉效果的情况下进行第一次冲击，那么，地舆导航就显得分外重要。 地舆导航体系的优缺陷 自主性强。地舆导航体系不需求其他地上设备的支撑，所以是自主式导航体系。不受人工或天然构成的电磁场的搅扰，不向外辐射电磁波，隐蔽性好； 地标导航（ground mark navigation） 经过丈量地上方针基准来确认运动置的技能。 这种导航原理要依托地上陆标来丈量，这些陆标从空间是可以被辨认出来的。在地球表面的湖泊、山峰等可作为陆标，陆标分为已知和不知道的两种。这根本上归于图形匹配导航，这种自主导航办法十分适合于图象处理的低轨迹资源卫星，丈量办法有光学、红外等。 卫星导航（satellite navigation） 经过对已知信标丈量来确认运动置、速度和姿势信息的技能。已知信标一般为卫星，所以该办法也称为卫星导航。 建设中的体系：欧空局的伽利略体系；我国的斗极二代体系。 我国于2007年1月11日成功地用一枚弹道导弹摧毁了一颗500英里高的轨迹上的老化气象卫星“风云1C”。 2008年2月20日美国用导弹击落卫星 五角大楼21日上午声称，20日晚些时候在西北太平洋上发射的“规范-3”型舰对空导弹“直接射中”了约250公里外一颗失控间谍卫星的燃料箱，整个卫星因此而四分五裂成小碎块，然后彻底解除了有毒物质或许对地球环境可以形成的损害。 网上谈论 速度上：山姆的间谍卫星离地高度为约208公里，风云1C为约800公里，间谍卫星速度约7.7km/s,风云1C约7.4km/s。从这儿看，速度根本相同，这个难度点根本相同。? 卫星的方针问题。风云1C根本是2m×2m×2m，间谍卫星详细数据没有，据说有大型公共汽车巨细，那应该是3m×3m×10m左右的巨细，咱们的又难一点，由于方针比较小嘛。一起还有个信号问题，不清楚风云1C或许间谍卫星被击中前还能发信号不，有信号的话是十分利于结尾制导的。? 美俄卫星相撞 按自主导航的严厉界说，卫星导航不是彻底自主的。但人们依然把这种导航体系列为自主导航体系的领域加以研讨。 5 导航的开展趋势与趋势 导航的开展依托三方面科学技能开展的支撑：新概念丈量原理和新式器材、先进制作工艺、计算机技能。 理论上： （1）体系状态方程的准确建模 （2）先进滤波办法的研讨 （3）新原理、新办法的研讨 （4）根据新式丈量原理的先进解算办法 本课程叙述的主要内容 1，惯性导航 2，地舆导航 3，卫星导航 4，组合导航 导航中常用的联系式 1，坐标改换 导航的主要使命是确认运动体相对于所选定的参阅坐标系的方位、速度和运动姿势。 不同的导航办法有不同的丈量量，测得的各种量是相对不同的坐标系，而导航解算必须在同一坐标系中进行。 坐标改换 1，几许推导 2，矢量推导 写成矩阵办法 矢量推导法 坐标改换的需求留意的几点 称为从坐标系1到坐标系2的改换矩阵。留意 ，他们之间的联系是 坐标改换 根本旋转：仅绕一根轴的旋转 坐标旋转的链规则 小视点旋转坐标改换 小视点坐标改换的一般联系 设坐标系P违背坐标系T的违背角φx、φy、φz均为小角，则 导航原理常用坐标系介绍 1，惯性坐标系 2，地球坐标系 3，地舆坐标系 4，机体坐标系 地球坐标系 地舆坐标系 机体坐标系 矢量的叉乘 矢量是既有巨细又有方向的量。 矢量描绘办法： 1，物理描绘： ，r是模，u是单位矢量。 2，数学描绘（用矢量在坐标系n各轴上的投影来描绘）： 矢量的叉乘 物理矢量的叉乘：有物理矢量r和s，则叉乘后的矢量为t，他的方向由右手定则确认，巨细为 。 哥氏定理 假如将上式两头的矢量都向m坐标系投影，则有 矢量运算链规则 处理的办法是不同坐标系之间进行坐标转化 矢量F在两个坐标系中坚持不变 在推导坐标改换联系时，必定要留意是谁到谁的改换 旋转视点：逆时针为正 杂乱的坐标改换都能分解为几种根本旋转的组合。 三种根本改换的公式 根本旋转 设两坐标系Si和Sj的原点重合，初始方位时两坐标系的坐标轴也彻底重合，当Sj别离绕Si的zi、yi 、xi轴逆时针旋转? 角时，将Sj中相应的坐标向量改换到Si中相应的坐标向量的旋转改换矩阵别离是 留意以上坐标改换的次第，是动坐标向定坐标系的转化。假如是定坐标系向动坐标系的改换，则上述公式要转置。 当旋转视点不是小角时，坐标转化的次第不同，成果也不同。称为有限滚动的不行交流性 。 小视点坐标改换的表达式 当转角是小视点时，坐标转化的公式能简化，并且坐标改换的成果与滚动次第无关。即无限滚动与旋转次第无关。 地心惯性坐标系 X Y Z E N U 数学矢量的叉乘：有数学矢量

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