慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

INS全稱慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，也稱為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，有時(shí)也稱為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是利用安裝在載體上的陀螺儀和加速度計(jì)來確定載體位置的系統(tǒng)。通過陀螺儀和加速度計(jì)的測量數(shù)據(jù)，可以確定載體在慣性參考坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)，并計(jì)算出載體在慣性參考坐標(biāo)系中的位置。

與其他類型的導(dǎo)航系統(tǒng)不同，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是完全自主的，因?yàn)樗鼈兗炔话l(fā)射也不接收來自外部的信號(hào)。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在導(dǎo)航開始時(shí)必須準(zhǔn)確地知道車輛的位置，并且慣性測量值用于估計(jì)啟動(dòng)后的位置變化。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)包含三個(gè)加速度計(jì)，每個(gè)加速度計(jì)對(duì)一個(gè)方向的加速度敏感，通常彼此垂直。為了參照慣性參考坐標(biāo)系進(jìn)行導(dǎo)航，必須跟蹤加速度計(jì)的方向。陀螺儀可以用來檢測載體相對(duì)于慣性參考坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而可以確定加速度計(jì)在任何時(shí)候的方向。利用這些信息，我們可以將加速度分解成參考坐標(biāo)系并進(jìn)行積分。

慣性系統(tǒng)是一種自主航位推算導(dǎo)航系統(tǒng)，它利用慣性傳感器、參考方向和初始位置信息來確定載體的方位、位置和速度。它至少應(yīng)包括一個(gè)慣性測量裝置、一臺(tái)數(shù)字計(jì)算機(jī)、一個(gè)控制顯示裝置和一個(gè)專用精密電源。載體的運(yùn)動(dòng)在三維空間中進(jìn)行。它的運(yùn)動(dòng)形式有直線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)。直線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)都是三維空間。為了建立三維坐標(biāo)系，需要建立三軸慣性平臺(tái)。三軸慣性平臺(tái)可以為測量三自由度的線加速度提供參考。測量已知方位角的三個(gè)線加速度分量，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算載體的移動(dòng)速度和位置。因此，第一類慣導(dǎo)系統(tǒng)方案是平臺(tái)慣導(dǎo)系統(tǒng)。沒有“機(jī)電”平臺(tái)，慣性分量陀螺儀和加速度計(jì)直接安裝在載體上，在計(jì)算機(jī)中建立“數(shù)學(xué)”平臺(tái)。通過復(fù)雜的計(jì)算和變換，可以得到載體的速度和位置。這種機(jī)電平臺(tái)慣導(dǎo)系統(tǒng)是第二類慣導(dǎo)系統(tǒng)方案，稱為捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)。根據(jù)核心傳感器的不同用途，INS還可分為RLG INS、FOG INS、DTG INS和MEMS INS。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):

1.因?yàn)閼T性導(dǎo)航系統(tǒng)不依賴于任何外部信息，是一個(gè)不從外部輻射能量的自主系統(tǒng)。因此具有良好的隱蔽性，不受外界電磁干擾的影響;

2.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可以在天空、地面甚至水下全天工作。

3.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可以提供位置、速度、方位角和姿態(tài)角數(shù)據(jù)，得到的導(dǎo)航信息是連續(xù)的、低噪聲的。

4.數(shù)據(jù)更新率高，短期精度高，穩(wěn)定性好。

缺點(diǎn)

1.由于集成導(dǎo)航系統(tǒng)，定位誤差隨時(shí)間增大，長期精度較差;

2.每次使用前需要較長的初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)間;

3.設(shè)備更貴;

4.無法提供時(shí)間信息。

近年來，中國的慣性導(dǎo)航技術(shù)取得了很大的進(jìn)步。液體浮動(dòng)陀螺平臺(tái)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)調(diào)諧陀螺四軸平臺(tái)系統(tǒng)先后應(yīng)用于長征系列運(yùn)載火箭。其他小型化捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)、光纖陀螺儀慣導(dǎo)系統(tǒng)、激光陀螺儀慣導(dǎo)系統(tǒng)以及匹配GPS校正的慣導(dǎo)系統(tǒng)也廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)術(shù)制導(dǎo)武器、飛機(jī)、艦船、運(yùn)載火箭、航天器等。例如，漂移速率為0.01°~0.02°/h的新型激光陀螺捷聯(lián)系統(tǒng)在新型戰(zhàn)斗機(jī)上的試飛，漂移速率小于0.05°/h的光纖陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在艦艇和潛艇上的應(yīng)用，小型化柔性捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)在各種導(dǎo)彈制導(dǎo)武器上的應(yīng)用，大大提高了我軍裝備的性能。

審核編輯 黃宇