慣性導(dǎo)航是利用載體上的慣性敏感元件或設(shè)備,通過測量載體的運動加速度、角速度,推算載體的位置、速度和姿態(tài)角等參數(shù)進行導(dǎo)航的技術(shù)。慣性導(dǎo)航被廣泛應(yīng)用于航天航空、軌道交通、自動駕駛、便捷式定位導(dǎo)航終端等領(lǐng)域。
組成慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)備都安裝在運載體內(nèi),工作時不依賴外界信息,也不向外界輻射能量,不易受到干擾,是一種自主式導(dǎo)航系統(tǒng)。
慣性導(dǎo)航系統(tǒng)通常由慣性測量裝置、計算機、控制顯示器等組成。慣性測量裝置包括加速度計和陀螺儀,又稱慣性測量單元(IMU)。3個自由度陀螺儀用來測量運載體的3個轉(zhuǎn)動運動;3個加速度計用來測量運載體的3個平移運動的加速度。計算機根據(jù)測得的加速度信號計算出運載體的速度和位置數(shù)據(jù)??刂骑@示器顯示各種導(dǎo)航參數(shù)。
按照慣性測量單元在運載體上的安裝方式,分為平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(慣性測量單元安裝在慣性平臺的臺體上)和捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(慣性測量單元直接安裝在運載體上);后者省去平臺,儀表工作條件不佳(影響精度),計算工作量大。
慣性導(dǎo)航系統(tǒng)屬于一種推算導(dǎo)航方式.即從一已知點的位置根據(jù)連續(xù)測得的運載體航向角和速度推算出其下一點的位置,因而可連續(xù)測出運動體的當前位置。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的陀螺儀用來形成一個導(dǎo)航坐標系使加速度計的測量軸穩(wěn)定在該坐標系中,并給出航向和姿態(tài)角;加速度計用來測量運動體的加速度經(jīng)過對時間的一次積分得到速度,速度再經(jīng)過對時間的一次積分即可得到距離。
1.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的優(yōu)點:
(1)擁有較強獨立性,由于它是不依賴于任何外部信息,也不向外部輻射能量的自主式系統(tǒng),故隱蔽性好且不受外界電磁干擾的影響;
(2)不受時間和范圍限制,可全天候、全球、全時間地工作于空中地球表面乃至水下;
(3)能提供位置、速度、航向和姿態(tài)角數(shù)據(jù),所產(chǎn)生的導(dǎo)航信息連續(xù)性好而且噪聲低;
(4)數(shù)據(jù)更新率高,短期精度和穩(wěn)定性好。
2.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的缺點:
(1)由于導(dǎo)航信息經(jīng)過積分而產(chǎn)生,定位誤差隨時間而增大,長期精度差;
(2)每次使用之前需要較長的初始對準時間,耗時耗力;
(3)設(shè)備的價格較昂貴,精度高的慣導(dǎo)系統(tǒng)動輒百萬;
(3)只能提供位置信息,無法給出時間信息。
慣導(dǎo)系統(tǒng)目前已經(jīng)發(fā)展出撓性慣導(dǎo)、光纖慣導(dǎo)、激光慣導(dǎo)、微固態(tài)慣性儀表等多種方式。陀螺儀由傳統(tǒng)的繞線陀螺發(fā)展到靜電陀螺、激光陀螺、光纖陀螺、微機械陀螺等。激光陀螺測量動態(tài)范圍寬,線性度好,性能穩(wěn)定,具有良好的溫度穩(wěn)定性和重復(fù)性,在高精度的應(yīng)用領(lǐng)域中一直占據(jù)著主導(dǎo)位置。由于科技進步,成本較低的光纖陀螺(FOG)和微機械陀螺(MEMS)精度越來越高,是未來陀螺技術(shù)發(fā)展的方向。
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