激光捷联惯性导航系统

光纤捷联惯性导航系统是由小型化的惯性敏感元件（高精度三轴光纤陀螺及高精度石英挠性加速度计）、高精度I/F转换电路、DSP数字信号处理器、直流电源等组成。

采用了数字测温、挠性PCB走线、卡尔曼滤波等技术，实现了系统小型化的设计，达到了较高的惯性测量精度。

光纤惯性导航系统结构图：
下面是为大家介绍的一些光纤惯性导航系统的优势及特点。

光纤惯导系统优势：
1、具有参数装订、正常对准、快速对准、导航、位置校正、参数标定、测试、非易失存储、故障检测；
2、综合显示控制系统和飞行参数记录系统提供设备工作状态、经纬度、俯仰角、横滚角、真航向、磁航向、地速、航迹角等相关的导航参数；
3、具备全天候自主导航能力及卫星定位功能；
光纤惯性导航系统特点：
多接口（DVL、电磁计程仪、GPS和深度传感器）；
适合所有水下载体；
体积小、重量轻、可靠性高；
具有全固态结构、寿命长、启动速度快、响应时间短、测量范围大、动态范围宽、抗冲击和振动、耐化学腐蚀、成本低、测量值与重力加速度无关、结构简单、适合大批量生产等；。

捷联惯性导航系统的解算方法捷联惯性导航系统（Inertial Navigation System，简称INS）是一种利用陀螺仪和加速度计等惯性测量单元测量物体的加速度和角速度，然后通过对这些测量值的积分计算出物体的速度和位置的导航系统。

INS广泛应用于航空航天、无人驾驶车辆和船舶等领域，具有高精度和自主性等特点。

INS的解算方法一般分为初始对准、运动状态估计和航位推算三个主要过程。

初始对准是指在启动导航系统时，通过利用外部辅助传感器（如GPS）或静态校准等方法将惯性传感器的输出与真实姿态和位置进行初次校准。

在初始对准过程中，需要获取传感器的初始偏差和初始姿态，一般采用标定或矩阵运算等方法进行。

运动状态估计是指根据惯性传感器的测量值，使用滤波算法对物体的加速度和角速度进行实时估计。

常用的滤波算法包括卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波和粒子滤波等。

其中，卡尔曼滤波是一种最优估计算法，通过对观测值和状态进行线性组合，得到对真实状态的最佳估计。

扩展卡尔曼滤波则是基于卡尔曼滤波的非线性扩展，可以应用于非线性INS系统。

粒子滤波是一种利用蒙特卡洛采样技术进行状态估计的方法，适用于非高斯分布的状态估计问题。

航位推算是指根据运动状态估计的结果，对物体的速度和位置进行推算。

INS最基本的航位推算方法是利用加速度值对速度进行积分，然后再对速度进行积分得到位置。

但是，在实际应用中，由于传感器本身存在噪声和漂移等误差，导致航位推算过程会出现积分漂移现象。

为了解决这个问题，通常采用辅助传感器（如GPS）和地图等数据对INS的输出进行校正和修正。

当前，还有一些先进的INS解算方法被提出，如基于深度学习的INS 解算方法。

这些方法利用神经网络等深度学习模型，结合原始传感器数据进行端到端的学习和预测，以实现更高精度的位置和姿态估计。

综上所述，捷联惯性导航系统的解算方法主要包括初始对准、运动状态估计和航位推算三个过程。

其中，运动状态估计过程利用滤波算法对传感器的测量值进行处理，得到物体的加速度和角速度的估计。

2020年12月第6期现代导航·391·激光陀螺捷联惯性导航系统的精密温控设计与验证李金龙1，李邦立1，熊振宇2，魏国2，王林2，仲亚松3，陈位波4（1中国人民解放军91184部队，青岛266000；2国防科技大学，长沙410073；3国防大学，上海200433；4中国人民解放军78007部队，成都610000）摘要：在激光陀螺捷联惯性导航系统的工作过程中，外界环境温度的变化会对系统内加速度计的测量精度产生干扰，进而影响导航精度。

因此为了提高捷联惯性导航系统的导航精度，需要对其工作环境进行精密的温度控制。

根据对捷联惯性导航系统中加速度计的热学分析，可以得知当温控精度达到0.01℃时，加速度计的输出精度可以达到1×10-5m/s2。

本文对加速度计的误差特性进行了理论分析，同时搭建了一套多级精密温度控制系统，通过理论分析与基于实际温控系统的实验，验证了温度控制的理论并且研究了其在不同工作环境下的工作性能。

关键词：捷联惯性导航系统；误差模型；系统设计；多级温控中图分类号：TN249文献标识码：A文章编号：1674-7976-(2020)-06-391-05Design and Validation of Precision Temperature Control System forRing Laser Inertial Navigation SystemLI Jinlong，LI Bangli，XIONG Zhenyu，WEI Guo，WANG Lin，ZHONG Yasong，CHEN WeiboAbstract:In the Ring Laser Gyro Inertial Navigation System(RLG INS),the variation of working temperature can directly influence its measurement accuracy.In order to enhance the performance of the RLG INS,the operating temperature should be precisely controlled.According to thermal analysis on the accelerometer in the RLG INS,temperature control precision should be better than0.01℃to achieve1×10-5m/s2output accuracy of the accelerometer.This paper adopt Back Propagation Neural Network algorithm to simulate the accelerometer and set up a precise temperature control system.Based on the simulated model and the control system,experiments are designed to validate the feasibility of temperature control theory.Meanwhile the performance of temperature control system is also verified under different environment conditions.Key words:Strap-Down Inertial Navigation System;Error Model;System Design;Multi-Level Temperature Control0引言激光陀螺惯性导航系统是利用惯性敏感元件（激光陀螺和加速度计）测量载体相对惯性空间的线运动和角运动，并在已知的初始条件下，用计算收稿日期：2020-10-09。

捷联惯性导航原理概要捷联惯性导航（Inertial Navigation System，简称INS）是一种基于惯性力学原理运行的导航系统，用于测量和跟踪物体的位置、速度和加速度。

它通过内部的陀螺仪和加速度计来测量物体在空间中的运动状态，并根据质量、力和运动的基本原理来计算物体的位置和速度。

通过将陀螺仪和加速度计的输出信号转换为数字信号，并通过计算机处理，可以获得物体相对于初始参考点的位置和速度。

这些数据可以通过与地图或导航系统的集成来确定物体的位置和方向。

捷联惯性导航系统的原理是基于牛顿运动定律和旋转不变性原理。

根据牛顿第一定律，当物体处于惯性坐标系中且不受任何力的作用时，它将保持静止或匀速直线运动。

根据牛顿第二定律，当物体受到外力作用时，它将产生加速度。

根据旋转不变性原理，即物理量在不同坐标系下具有相同的数值，陀螺仪和加速度计可以测量物体的角速度和加速度，从而得到物体的位置和速度。

捷联惯性导航系统具有高精度和高稳定性的优势，尤其适用于无法使用其他导航系统（如GPS）或需要高精度导航的环境。

然而，它也存在一些局限性。

首先，由于陀螺仪和加速度计的测量误差和漂移，容易导致导航误差的累积。

其次，捷联惯性导航系统无法提供绝对位置信息，需要与其他导航系统集成才能获得绝对位置。

为了提高捷联惯性导航系统的性能，可以采用多传感器融合技术。

通过将多种导航系统（例如GPS、地图、惯性导航）的输出数据进行融合，可以提高导航的精度和可靠性，同时减少漂移和误差的影响。

总之，捷联惯性导航系统是一种基于惯性力学原理运行的导航系统，利用陀螺仪和加速度计测量物体的运动状态，并根据质量、力和运动的基本原理计算物体的位置和速度。

它具有高精度和高稳定性的优势，但也存在一些局限性，需要与其他导航系统集成才能获得绝对位置信息。

通过多传感器融合技术的应用，可以进一步提高捷联惯性导航系统的性能。

捷联惯性技术的发展及与平台惯导系统的对比捷联惯性技术是指利用惯性敏感器（通常使用加速度计和陀螺仪）来测量载体相对于惯性参考系的角速度和加速度，从而计算得到载体的姿态、速度和位置等参数的技术。

捷联惯性技术具有体积小、重量轻、可靠性高、成本低等优点，因此在军事、航空、航海等领域得到了广泛应用。

捷联惯性技术的发展可以追溯到20世纪60年代，当时美国国防部高级研究计划局（DARPA）开始资助一些研究项目，以探索将惯性敏感器直接固定在载体上的可能性。

随着微电子技术和制造工艺的不断发展，捷联惯性技术的性能得到了大幅提升，同时成本也得到了降低。

在捷联惯性技术的发展过程中，出现了多种不同的技术路线。

其中，卡尔曼滤波器是一种被广泛应用于捷联惯性系统的数据处理方法。

卡尔曼滤波器是一种最优估计方法，它能够利用观测数据和预测模型来估计系统的状态，同时考虑到观测噪声和模型误差。

在捷联惯性系统中，卡尔曼滤波器可以用于融合加速度计和陀螺仪的测量数据，以提高系统的性能和精度。

平台惯导系统是一种基于平台稳定性的惯性导航系统。

它通过将惯性敏感器安装在稳定的平台上，可以大大提高系统的精度和可靠性。

平台惯导系统通常由平台、惯性敏感器、控制系统和数据处理系统等组成。

其中，平台是整个系统的支撑结构，惯性敏感器用于测量载体的角速度和加速度，控制系统用于控制平台的运动轨迹，数据处理系统则用于对测量数据进行处理，得到载体的姿态、速度和位置等参数。

与捷联惯性技术相比，平台惯导系统具有更高的精度和可靠性。

这是因为在平台惯导系统中，惯性敏感器可以安装在稳定的平台上，从而消除了载体运动对测量数据的影响。

此外，平台惯导系统还可以通过控制系统来实现主动减震，以进一步提高系统的性能和精度。

然而，平台惯导系统也存在一些缺点。

首先，它的体积和重量较大，不利于小型化和轻量化。

其次，它的成本较高，不利于大规模应用。

最后，它的维护和校准难度较大，需要专业人员和技术支持。

1 绪论00随着计算机和微电子技术的迅猛发展，利用计算机的强大解算和控制功能代替机电稳定系统成为可能。

于是，一种新型惯导系统--捷联惯导系统从20世纪60年代初开始发展起来，尤其在1969年，捷联惯导系统作为"阿波罗"-13号登月飞船的应急备份装置，在其服务舱发生爆炸时将飞船成功地引导到返回地球的轨道上时起到了决定性作用，成为捷联式惯导系统发展中的一个里程碑。

00捷联式惯性导航(strap-down inertial navigation)，捷联（strap-down）的英语原义是“捆绑”的意思。

因此捷联式惯性导航也就是将惯性测量元件（陀螺仪和加速度计）直接装在飞行器、舰艇、导弹等需要诸如姿态、速度、航向等导航信息的主体上，用计算机把测量信号变换为导航参数的一种导航技术。

现代电子计算机技术的迅速发展为捷联式惯性导航系统创造了条件。

惯性导航系统是利用惯性敏感器、基准方向及最初的位置信息来确定运载体的方位、位置和速度的自主式航位推算导航系统。

在工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰破坏。

它完全是依靠载体自身设备独立自主地进行导航，它与外界不发生任何光、声、磁、电的联系，从而实现了与外界条件隔绝的假想的“封闭”空间内实现精确导航。

所以它具有隐蔽性好，工作不受气象条件和人为的外界干扰等一系列的优点，这些优点使得惯性导航在航天、航空、航海和测量上都得到了广泛的运用[1]001.1 捷联惯导系统工作原理及特点惯导系统主要分为平台式惯导系统和捷联式惯导系统两大类。

惯导系统（INS）是一种不依赖于任何外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统，具有隐蔽性好，可在空中、地面、水下等各种复杂环境下工作的特点。

捷联惯导系统（SINS）是在平台式惯导系统基础上发展而来的，它是一种无框架系统，由三个速率陀螺、三个线加速度计和微型计算机组成。

平台式惯导系统和捷联式惯导系统的主要区别是：前者有实体的物理平台，陀螺和加速度计置于陀螺稳定的平台上，该平台跟踪导航坐标系，以实现速度和位置解算，姿态数据直接取自于平台的环架；后者的陀螺和加速度计直接固连在载体上作为测量基准，它不再采用机电平台，惯性平台的功能由计算机完成，即在计算机内建立一个数学平台取代机电平台的功能，其飞行器姿态数据通过计算机计算得到，故有时也称其为"数学平台"，这是捷联惯导系统区别于平台式惯导系统的根本点。

捷联惯性导航原理捷联惯性导航（Inertial Navigation System，简称INS）是一种基于捷联惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）的导航系统。

该系统通过测量物体在空间中的加速度和角速度，进而推导出它的位置、速度和航向等导航信息。

捷联惯性导航系统由三个主要组件组成：加速度计、陀螺仪和计算机。

加速度计用于测量物体的加速度，陀螺仪用于测量物体的角速度，而计算机则用于整合和处理这些测量数据。

加速度计和陀螺仪通常被组合在一起形成IMU，IMU被安装在导航系统的载体上。

加速度计是用来测量物体的线性加速度的设备。

它的作用类似于测力仪，通过测量物体所受的力，可以计算出物体的加速度。

加速度计一般使用压电传感器或气泡级感应器来测量物体的加速度。

陀螺仪则是用来测量物体的角速度的设备。

它的原理基于陀螺效应，通过测量物体围绕轴线旋转的角速度来推导物体的旋转状态。

陀螺仪分为一体式陀螺仪和光纤陀螺仪两种类型，一体式陀螺仪主要使用电子仪器的原理，而光纤陀螺仪则使用光学原理。

在捷联惯性导航系统中，加速度计和陀螺仪的输出数据会被输入到计算机中进行处理。

计算机通过积分和滤波等算法，对加速度和角速度进行处理，推导出物体的位置和速度等导航信息。

计算机还会结合其他传感器如GPS等，以提高导航系统的精度和稳定性。

然而，捷联惯性导航也存在一些局限性。

首先，由于加速度计和陀螺仪的精度和稳定性有限，导致导航系统随着时间的推移会产生累积误差。

其次，在长时间的运动过程中，加速度计和陀螺仪可能受到震动、振动和温度变化等外界因素的影响，进而导致导航系统的精度下降。

为了解决这些问题，通常将捷联惯性导航系统与其他导航系统如GPS进行组合导航。

通过将两种导航系统的输出数据进行融合，可以克服各自的缺点，提高导航系统的精度和鲁棒性。

总结起来，捷联惯性导航是一种基于物体惯性特性的导航系统，通过测量物体的加速度和角速度，推导出物体的位置、速度和航向等导航信息。

《捷联惯性导航系统关键技术研究》篇一一、引言捷联惯性导航系统（SINS）是现代导航技术的重要组成部分，其利用惯性测量单元（IMU）来感知和计算导航信息，具有自主性强、抗干扰能力强等优点。

随着科技的发展，SINS在军事、民用等领域的应用越来越广泛，对其关键技术的研究也显得尤为重要。

本文将针对捷联惯性导航系统的关键技术进行研究，旨在为相关研究与应用提供参考。

二、SINS基本原理与组成SINS主要由惯性测量单元（IMU）、导航算法和数据处理单元等部分组成。

其中，IMU是SINS的核心部件，包括加速度计和陀螺仪等传感器，用于测量载体的加速度和角速度。

导航算法则根据IMU测量的数据，通过积分运算和坐标变换等手段，实现载体的姿态、速度和位置的解算。

数据处理单元则负责对导航算法输出的数据进行处理和优化，以提高导航精度和稳定性。

三、SINS关键技术研究1. IMU技术研究IMU是SINS的核心部件，其性能直接影响到SINS的导航精度和稳定性。

因此，IMU技术的研究是SINS关键技术之一。

目前，高精度、小型化、低功耗的IMU是研究的重点。

其中，光纤陀螺仪和微机电系统（MEMS）技术的发展，为IMU的小型化和低成本化提供了可能。

此外，为了提高IMU的测量精度和稳定性，还需要研究高性能的传感器技术和信号处理技术。

2. 导航算法研究导航算法是SINS的核心技术之一，其性能直接影响到SINS 的导航精度和实时性。

目前，常用的导航算法包括经典的最小二乘法、卡尔曼滤波算法等。

然而，这些算法在处理复杂环境下的导航问题时，往往存在精度不高、实时性差等问题。

因此，研究更加高效、精确的导航算法是SINS研究的重点。

例如，基于神经网络、深度学习等人工智能技术的导航算法，具有较高的应用潜力。

3. 数据处理与优化技术研究数据处理与优化技术是提高SINS导航精度和稳定性的重要手段。

目前，常用的数据处理技术包括数据滤波、数据融合等。

其中，数据滤波可以消除测量数据中的噪声和干扰，提高数据的信噪比；数据融合则可以将多种传感器数据进行融合，提高导航信息的可靠性和精度。

HT-LG-H激光捷联惯性导航系统使用说明书1概述HT-LG-H激光捷联惯性导航系统（以下简称惯导系统）是陕西航天长城测控有限公司研制的高精度自主寻北、惯性组合导航系统。

该惯导系统由高精度激光陀螺、石英挠性加计、加计采集板、导航计算机、二次电源等部件组成，能够满足航空、陆用等设备的高精度定向/定位等功能的需求。

系统采用集成化，数字化、先进的对准导航算法等设计技术，具有高可靠性和环境适应性，可在阵风、发动机工作等严酷环境条件下完成高精度寻北；具备纯惯性导航功能，同时系统自带GPS/GLONASS卫星接收机，具有INS/GNSS组合导航功能；对外通信方式为RS-422总线。

2主要功能与性能2.1主要功能2.1.1自检功能具备上电自检功能，可输出自检结果，可将故障分离到部件级。

2.1.2初始标定功能接受外部输入的初始标定信息并完成初始标定。

2.1.3寻北功能接受寻北指令，完成寻北并输出寻北结果。

2.1.4导航功能完成寻北后自动转入导航状态；具有INS纯惯性导航功能和INS/GNSS组合导航功能。

2.2主要性能惯导系统的主要性能指标如表1所示。

表1惯导系统主要性能指标3接口3.1机械接口惯导系统采用4个M8-7H螺钉连接到专用过渡板上，过渡板采用4个M8-7H 螺钉安装到用户载体上，载体安装平面其平面度要求优于0.02mm；其详细要求见图1惯导系统机械接口图与图2过渡板接口图。

MM31" 4x09M■?：）图2专用过渡板机械接口图3.2电气接口3.2.1电源接口电源接口用连接器选用的是中航光电(158厂)生产的JY27468T17B08PN圆形插座。

其接口定义如表2所示。

表2惯导系统电源接口定义(JY27468T17B08PN)序号管脚号定义名称备注1 C +24V 24V电源2 E +24V 24V电源3 D 24VGND 电源地4 F 24VGND 电源地3.2.2通讯接口通讯接口连接器选用的是中航光电(158厂)生产的JY27468T17B12PN圆形插座。

捷联惯性导航系统算法
1.经典捷联惯性导航算法(毕卡逼近、旋转矢量、四阶龙格库塔算法)，使用C语言编写，在
实际的系统中得到验证；
2.组合导航算法，包括：速度匹配、位置匹配、姿态角匹配等；
3.捷联惯性导航系统初始对准算法，粗对准方法：经典解析法、基于惯性系抗晃动基座解析
法，精对准方法：基于Kalman滤波的速度匹配、位置匹配精对准方法；
4.捷联惯导系统姿态算法研究，包括：四阶龙格库塔算法、旋转矢量算法，在典型圆锥运动
环境下对姿态解算算法系数进行优化；
5.利用Allan方差分析对光纤陀螺随机误差进行分析，为了抑制随机误差采用Kalman滤波
器对其进行滤波；
6.单轴旋转捷联惯导系统(SINS)多位置初始对准算法以及导航解算方法；
以上所有算法均采用C语言编写，且已经在实际的惯性导航系统中进行了充分的验证，如果需要交流，可以进一步进行联系！。

捷联式惯性导航原理捷联式惯性导航（Inertial Navigation System，简称INS）是一种基于惯性测量装置的导航系统。

它通过测量线性加速度和角速度来得出加速度、速度和位置信息，从而实现航海、航空和航天等领域的精确导航和定位。

捷联式惯性导航系统由多个惯性传感器组成，包括加速度计和陀螺仪。

加速度计用于测量线性加速度，而陀螺仪则用于测量角速度。

这些传感器安装在导航系统的载体上，并与导航系统的计算单元相连。

捷联式惯性导航系统的原理可分为两个主要步骤：传感器测量和姿态解算。

传感器测量是指测量加速度计和陀螺仪输出的信号。

加速度计通过测量导航系统相对于载体的线性加速度来估计速度和位移。

陀螺仪则通过测量导航系统相对于载体的角速度来估计转角和航向。

这些测量值由传感器输出，并发送给导航系统的计算单元进一步处理。

姿态解算是指根据传感器测量值计算导航系统相对于载体的三维方向。

这个过程基于四元数算法和方向余弦矩阵等数学模型。

根据加速度计的测量值，可以得到系统的重力矢量，从而计算出系统相对于地球的姿态。

陀螺仪的测量值则用于校正角速度误差和姿态的漂移。

通过不断地积分和更新测量值，导航系统可以保持准确的姿态信息。

捷联式惯性导航系统的优势在于其自主性和抗干扰能力。

由于不依赖于外部信号源，如卫星或地面控制点，INS可以在任何环境中进行导航。

同时，由于惯性传感器对外部扰动的响应速度很快，导航系统可以及时纠正估计误差，从而实现高精度的导航和定位。

然而，捷联式惯性导航系统也存在一些缺点。

由于惯性传感器存在漂移和积分误差，INS的导航信息随着时间的推移会变得不准确。

此外，惯性传感器的准确性和稳定性也会受到温度、振动和电磁干扰等因素的影响。

为了解决这些问题，通常需要与其他导航系统，如全球定位系统（GPS）或地面测量系统（如激光测距仪），进行组合导航。

总的来说，捷联式惯性导航系统是一种基于惯性传感器测量的导航系统。

它通过测量线性加速度和角速度，计算出加速度、速度和位置信息。

下面是雅驰总结出的一些惯性导航系统的分类，提供给你参考：
1.捷联式惯性导航系统
捷联式惯性导航系统可直接装在飞行器、舰艇、导弹等需要导航信息
的主体上，用计算机把测量信号变为导航参数的一种导航技术。

特点：系统体积小、重量轻、成本低、维护方便。

分类：捷联式惯性导航系统根据陀螺仪不同分为两类：一类是速度型
的捷联式惯性导航系统（激光陀螺仪），测的是飞行器的速度；一类
是位置型捷联式惯性导航（静电陀螺仪），测的是飞行器的角位移。

2.解析式惯性导航系统
解析式惯性导航系统是平台稳定在惯性空间的惯性遵循系统。

优点：直接模拟导航坐标系，计算简单，能隔离载体的角运动，系统
精度高；
缺点：结构复杂，体积大，制造成本高。

3.半解析式惯性导航系统
半解析式惯性导航系统又称当地水平惯导系统，有一个三轴稳定平台，台面始终平行当地水平面。

优点：隐蔽性好、不受外界电磁干扰；可长时间地工作于空中、地球
表面乃至水下；导航信息连续性好、噪声低；数据更新率高、短期精
度和稳定性好。

缺点：时间越长，定位误差越大；设备的价格昂贵。