惯导惯性导航系统.pdf

北京七维航测科技股份有限公司 Beijing SDi ScienceTechnology Co.,Ltd. 惯导(惯性导航系统) 概述 惯性导航系统（INS，以下简称惯导）是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系 统。其工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。惯导的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通 过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导 航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。 惯性导航系统（英语：INS ）惯性导航系统是以陀螺和加速度计为敏感器件的导航参数解算系统，该系 统根据陀螺的输出建立导航坐标系，根据加速度计输出解算出运载体在导航坐标系中的速度和位置。 运用领域 现代惯性技术在各国政府雄厚资金的支持下，己经从最初的军事应用渗透到民用领域。 惯性技术在国 防装备技术中占有非常重要的地位。对于惯性制导的中远程导弹，一般说来命中精度 70%取决于制导系统 的精度。对于导弹核潜艇，由于潜航时间长，其位置和速度是变化的，而这些数据是发射导弹的初始参数， 直接影响导弹的命中精度，因而需要提供高精度位置、速度和垂直对准信号。目前适用于潜艇的唯一导航 设备就是惯性导航系统。 惯性导航完全是依靠运载体自身设备独立自主地进行导航，不依赖外部信息，具 有隐蔽性好、工作不受气象条件和人为干扰影响的优点，而且精度高。对于远程巡航导弹， 惯性制导系统 加上地图匹配技术或其它制导技术，可保证它飞越几千公里之后仍能以很高的精度击中目标。惯性技术己 经逐步推广到航天、航空、航海、石油开发、大地测量、海洋调查、地质钻控、机器人技术和铁路等领域， 随着新型惯性敏感器件的出现，惯性技术在汽车工业、 医疗电子设备中都得到了应用。因此惯性技术不仅 在国防现代化中占有十分重要的地位，在国民经济各个领域中也日益显示出它的巨大作用。 北京七维航测科技股份有限公司 Beijing SDi ScienceTechnology Co.,Ltd. 导航和惯导 从广义上讲从起始点将航行载体引导到目的地的过程统称为导航。从狭义上讲导航是指给航行载体提 供实时的姿态、速度和位置信息的技术和方法。早期人们依靠地磁场、星光、太阳高度等天文、地理方法 获取定位、定向信息，随着科学技术的发展，无线电 导航、惯性导航和卫星导航等技术相继问世，在军事、 民用等领域广泛应用。其中，惯性导航是使用装载在运载体上的陀螺仪和加速度计来测定运载体姿态、速 度、位置等信息的技术方法。实现惯性导航的软、硬件设备称为惯性导航系统，简称惯导系统。 SINS 捷联式惯性导航系统(Strap-down Inertial Navigation System，简写 SINS)是将加速度计和陀螺仪直 接安装在载体上，在计算机中实时计算姿态矩阵，即计算出载体坐 标系与导航坐标系之间的关系，从而把 载体坐标系的加速度计信息转换为导航坐标系下的信息，然后进行导航计算。由于其具有可靠性高、功能 强、重量轻、成本低、精度高以及使用灵活等优点，使得 SINS 已经成为当今惯性导航系统发展的主流。 捷联惯性测量组件(Inertial Measurement Unit ，简写 IMU)是惯导系统的核心组件，IMU 的输出信息的精度 在很大程度上决定了系统的精度。 北京七维航测科技股份有限公司 Beijing SDi ScienceTechnology Co.,Ltd. 惯导结构部件 陀螺仪和加速度计是惯性导航系统中不可缺少的核心测量器件。现代高精度的惯性导航系统对所采用 的陀螺仪和加速度计提出了很高的要求，因为陀螺仪的漂移误差和加速度计的零位偏值是影响惯导系统精 度的最直接的和最重要的因素，因此如何改善惯性器件的性能，提高惯性组件的测量精度，特别是陀螺仪 的测量精