慣性導航是什么？基本原理是什么？應用領域一覽

1 什么是慣性導航

慣性導航(Inertial Navigation System，INS)是基于牛頓力學定律，根據慣性測量單元(Inertial Measurement Unit，簡稱 IMU)測量載體的比力及角速度信息，并利用給定的初始運動條件，融合全球導航衛星系統(GNSS)等系統，實時推算相關參數如速度、位置、姿態等的導航設備。利用慣性導航的慣性導航系統能夠裝備在飛機、船舶、汽車、無人機等運載體中，從而實現導航定位，系統通過連續測得運載體角速度和線速度并進行積分運算即可連續、實時預測運載體的當前位置。

2 慣性導航原理

慣性導航具有強自主性，不依賴于任何外部信息、不向外部輻射能量，是一種自主式導航設備。工作原理是利用陀螺儀和加速度計測量載體在慣性參考系下的角速度和加速度，并對時間進行積分、運算得到速度和相對位置(陀螺儀用以獲取運動體的角速度并測量其角度變化，加速度計的作用是獲取運動體的線性加速度并測量其速度變化)并將其變換到導航坐標系中，結合最初的位置信息，得出載體現在所處的位置。

3 慣性導航構成

全球導航衛星系統(GNSS)+慣性測量單元(IMU)”是最常見的慣性導航組合方案

(1)應用場景和定位精度的互補：全球導航衛星系統即GNSS，一旦衛星信號良好，就能夠提供厘米級定位，衛星信號微弱那么它的定位精度會大幅下降。IMU的精準定位比較好，即使是在在復雜工作環境中或極限運動狀態下其定位都比較準確，但也會有誤差累計問題，兩者結合實現應用場景和定位精度的互補;

(2)定位系統的精確度提高：GNSS僅 10Hz，其延遲達 100ms，它的更新頻率低，難以支撐實時位置更新，IMU 的更新頻率大于100Hz(其延時小于10ms)，那么IMU就可以補充GNSS實時性差的缺點，兩者實現互補，大幅提升定位系統的精確度

4 慣性導航分類

慣性導航分為平臺式慣性導航和捷聯式慣性導航

(1)平臺式慣導：采用物理平臺模擬導航坐標系統，即將加速度計安裝在由陀螺儀控制的穩定平臺上，使平臺始終保持導航坐標系姿態不變。技術特征是機電一體化系統，系統內部有三到四個實體框架，抗震、抗沖擊能力有限，主要應用級別是中高導航級、運動隔離，目前局部被淘汰，市場漸漸萎縮

(2)捷聯式慣導：利用數學算法確定導航坐標系，其技術特征是電子數字化系統，系統內部沒有活動部件，抗震、抗沖擊能力強，主要應用級別是高中低導航級、穩定控制，發展情景廣闊，未來會是主流的應用形式

5 慣性導航的應用

慣性導航的應用分為軍用市場和民用市場，軍用領域主要應用在艦艇船舶、航空飛行器、航天飛機、制導武器、陸地車輛、機器人等裝備上，民用市場主要應用在大地測量、石油鉆井、電子交通、汽車安全、消費電子等領域。

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