北斗一百问丨什么是惯性导航?-北斗科技文化网

惯性导航利用惯性元件(加速度计)来测量运载体本身的加速度,经过积分和运算得到速度和位置,从而达到对运载体导航定位的目的。

组成惯性导航系统(INS)的设备都安装在运载体内,工作时不依赖外界信息,也不向外界辐射能量,不易受到干扰,是一种自主式导航系统。

惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪,又称惯性测量单元。3个自由度的陀螺仪用来测量运载体的3个转动运动;3个加速度计用来测量运载体的3个平移运动的加速度。计算机根据测得的加速度信号计算出运载体的速度和位置数据,控制显示器显示各种导航参数。北斗一百问丨什么是惯性导航?-北斗科技文化网

惯性导航系统有如下主要优点:

  • 由于它是不依赖任何外部信息,也不向外部辐射能量的自主式系统,故隐蔽性好且不受外界电磁干扰的影响;
  • 可全天候、全球、全时间地工作于空中、地球表面乃至水下;
  • 能提供位置、速度、航向和姿态角数据,所产生的导航信息连续性好而且噪声低;
  • 数据更新率高、短期精度和稳定性好。

其缺点是:

  • 由于导航信息经过积分而产生,定位误差随时间延长而增大,长期精度差;
  • 每次使用之前需要较长的初始对准时间;
  • 设备的价格较昂贵;
  • 不能给出时间信息。

按照惯性测量单元在运载体上的安装方式,分为平台式和捷联式。后者省去平台,仪表工作条件不佳,计算工作量大。

平台式惯性导航系统

根据建立的坐标系不同,又分为空间稳定和本地水平两种工作方式

空间稳定平台式的台体相对惯性空间稳定,用以建立惯性坐标系。地球自转、重力加速度等影响由计算机加以补偿。这种系统多用于运载火箭的主动段和一些航天器上。

本地水平平台式的特点是:台体上的两个加速度计输入轴所构成的基准平面能够始终跟踪飞行器所在点的水平面,因此加速度计不受重力加速度的影响。这种系统多用于沿地球表面作等速运动的飞行器(如飞机、巡航导弹等)。

在平台式惯性导航系统中,框架能隔离飞行器的角振动,仪表工作条件较好。平台能直接建立导航坐标系,计算量小,容易补偿和修正仪表的输出,但结构复杂,仪器尺寸大。北斗一百问丨什么是惯性导航?-北斗科技文化网

Innalabs AHRS 惯导系统实体图

捷联式惯性导航系统根据所用的陀螺仪的不同,分为速率型和位置型

前者采用速率陀螺仪,输出瞬时平均角速度矢量信号,后者采用自由陀螺仪,输出角位移信号。

捷联式惯性导航系统省去了平台,所以结构简单、体积小、维护方便,但陀螺仪和加速度计直接装在飞行器上,工作条件不佳,会降低仪表的精度。这种系统的加速度计输出的是机体坐标系的加速度分量,需要经计算机转换成导航坐标系的加速度分量,计算量较大。北斗一百问丨什么是惯性导航?-北斗科技文化网捷联式惯导系统原理图