文章目錄

• 慣性導航原理
• • 1D
  • 2D/3D
• 平臺式系統
• 捷聯式系統
• 平臺式與捷聯式慣導特點對比
• 慣性導航系統特性
• • 優點
  • 缺點
• INS的精度等級
• • 典型戰術級慣導
  • 慣性器件的相對測量能力

慣性導航原理

航位推算（Dead-Reckoning）：
慣性導航就屬于航位推算，每一步都是在上一步坐標的基礎上，推算出來的

缺點：每一步推算都有誤差，隨過程逐步累加，因此精度發散
優點：獨立自主，與絕對定位(如GPS)可互補
轉子陀螺：
可基于高速轉動的轉子陀螺，利用它的定軸性，可測出三個方向姿態角(俯仰、橫滾角、航向角)，利用兩個軸，可測出四個角度，其中有一個角度是冗余的

1D

慣性導航原理：遞推式航位推算
-假設有一小車在水平直線軌道上運動
-在小車上沿運動方向上安裝了一只加速度計

2D/3D

2D/3D出現的問題
-由傳感器數據獲得載體相對于參考坐標系的方
向及其變化的問題。

• 將傳感器數據從“相對于慣性坐標系”轉換到“相
  對于參考坐標系”。
• 需要補償地球萬有引力（重力）加速度。
  解決策略：
  平臺式系統和捷聯式系統(目前用得較多)
  (Gimbal vs. Strapdown)

平臺式系統

物理平臺

• 加速度計敏感軸始終指向東向和北向
• 載體航向的變化由陀螺感知，據此控制穩定平臺的
  轉動，使其始終跟蹤東向和北向
  

捷聯式系統

數學平臺

• 加速度計和陀螺與載體固聯（strapdown）
• 根據陀螺輸出更新姿態矩陣，將比力向量投影變換
  至E-N坐標系
  

平臺式與捷聯式慣導特點對比

慣性導航系統特性

優點

• 完全自主性和高可靠性（軍用和航空航天）
• 導航信息豐富
• 動態性能好（采樣率高、頻帶寬）

缺點

• 慣性導航誤差隨時間累積

由上圖可知，初始位置是常值誤差，初始速度誤差造成的位置誤差是隨時間一次方發散；而初始姿態角（俯仰角常值誤差）常值誤差和加速度計誤差，是隨時間二次方發散；陀螺的零偏誤差，造成的位置誤差是隨時間三次方發散的，這個量的影響是很大的，是一個決定性的誤差因素

INS的精度等級

陀螺零偏為核心指標；目前的MEMS可以達到戰術級的精度，它的陀螺零偏要求是1-10°每小時，加速度計零偏要求是萬分之一g或千分之一g都可以。

典型戰術級慣導

下圖是一個戰術級慣導的指標：

注：對于陀螺零偏，只需要記住0.01deg/h(對應導航級)和1deg/h(對應戰術級)即可。

慣性器件的相對測量能力

以導航級慣導的陀螺為例

• 陀螺零偏0.01 deg/hr
• 陀螺量程1000 deg/s = 3600,000 deg/hr
• 相對測量能力= 量程/ 零偏= 3.6x108 ! （非嚴謹類比：等效于測量武漢—北京距離，精度3mm！）

總結

以上是生活随笔為你收集整理的惯性导航原理(二)-平台式+捷联式+INS精度的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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