惯性制导原理

惯性导航技术发展与应用【摘要】阐述了惯性导航的基本原理,并通过简图来表示出原理的示意图。

举出了常见的导航系统.总结了世界范围内惯性导航的发展历程与发展趋势,其中重点介绍了国内导航的发展路程。

而后简洁叙述了惯性导航的应用。

【关键词】惯性导航；平台式惯性导航；捷联式惯性导航0.引言惯性导航系统利用惯性敏感元件在飞机、导弹、舰船、火箭载体内部测量载体相对惯性空间的线运动和角运动参数，在给定的运动初始条件下，根据牛顿运动定律，推算载体的瞬时速度和瞬时位置。

惯性导航涉及到控制技术、计算机技术、测试技术、精密机械工艺等多门应用技术学科，是现代高精尖技术的产物。

1.惯性导航的基本原理在这里我们假设船舶在海面的较小范围内航行，这样舰船的活动区域可近似看作是一平面，球面导航就可以化为平面导航。

我们再假设载体的初始坐标（□，λ）。

载体是匀速航行，且东向、北向的分速度分别是Ve0、Vn0。

我们沿着船舶平台的正东方和正北方各安装一个加速度计，从这两个速度计中的输出，可以根据载体沿正东方向和正北方向的加速度：aE和aN，并与初始速度相加得到载体的东向与北向速度。

Ve=Ve+atVn=Ve+at也可以用再北向与东向的加速度的一次积分再与初速度求和，得到东向与北向的瞬时速度。

根据Ve、Vn可得出载体位置坐标经纬度（□，λ）的变化率，再积分则得到经纬度的变化量，加上初始坐标即可的载体的瞬时位置：□=□+∫Vn／Rdtλ=λ+∫Ve／R cos□dt在惯性导航系统发展的过程中，一直存在着两种发展方向，即平台式与捷联式。

平台式方案是将陀螺仪安装在由框架构成的稳定平台上，用陀螺仪敏感平台的角运动，通过平台稳定回路使平台保持指向向上的稳定，把加速度计也放在稳定平台上，其敏感轴的指向也是明确的，加速度的输出信息由导航计算机处理，可方便地提取载体的加速度，计算载体速度、位置以及平台的控制量。

捷联式惯性导航系统，导航加速度计和陀螺直接安装在载体上。

目录1.惯性导航系统的概念 (2)2.惯导系统的发展历史及发展趋势 (3)惯性导航系统的发展 (3)我国的惯性导航系统 (5)捷联惯导系统现状及发展趋势 (6)3.惯性导航系统的组成 (10)4、惯性导航系统的工作原理 (14)5、惯性导航系统的功能 (18)6、惯性导航系统的服务模式与应用模式 (20)7、惯性导航系统当前的应用情况 (21)8、惯性导航系统的特点 (23)系统的主要优点 (23)系统的主要缺点 (24)9、惯性导航系统给我们的启示 (24)惯性导航系统一、惯性导航系统的概念什么是惯性导航或惯性制导呢?惯性导航系统（INS）是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。

在给定的运动初始条件（初始地理坐标和初始速度）下，利用惯性敏感元件测量飞机相对惯性空间的线运动和角运动参数，用计算机推算出飞机的速度、位置和姿态等参数，从而引导飞机航行。

推算的方法是在运载体上安装加速度计，经过计算(一次积分和二次积分)，从而求得运动轨道(载体的运动速度和距离)，进而进行导航。

在运载体上安装加速度计，用它来敏感、测量运载体运动的加速度，经过计算(一次积分和二次积分)，从而求得运动轨道(运载体运动的速度和距离)，并且产生对运载体运动所需要的控制信号，控制运载体按要求弹道运动，称为惯性制导。

这就是说，惯性制导是对运载体进行测量和控制，使其沿预定的轨道运动。

作为一种自主式的导航方法，惯性导航是完全依靠载体上的设备自主地确定出载体的航向、位置、姿态、和速度等导航参数。

并不需要外界任何的光、电、磁参数。

因此，惯性导航系统具有隐蔽性好、全天候工作能力等独特优点。

对飞行器、舰船和地面移动载体（特别是用于军事目的）等尤为重要。

所以在近三十年来，在航空、航天、航海、交通和大地测量中惯性导航系统都得到了广泛的应用。

近今年来由于捷联技术在惯导系统中的应用为惯导系统在民用领域中的应用和发展开辟了更广阔的前景。

目录1.惯性导航系统的概念 (2)2.惯导系统的发展历史及发展趋势 (3)惯性导航系统的发展 (3)我国的惯性导航系统 (5)捷联惯导系统现状及发展趋势 (6)3.惯性导航系统的组成 (10)4、惯性导航系统的工作原理 (14)5、惯性导航系统的功能 (18)6、惯性导航系统的服务模式与应用模式 (20)7、惯性导航系统当前的应用情况 (21)8、惯性导航系统的特点 (23)系统的主要优点 (23)系统的主要缺点 (24)9、惯性导航系统给我们的启示 (24)惯性导航系统一、 惯性导航系统的概念什么是惯性导航或惯性制导呢?惯性导航系统（INS）是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。

在给定的运动初始条件（初始地理坐标和初始速度）下，利用惯性敏感元件测量飞机相对惯性空间的线运动和角运动参数，用计算机推算出飞机的速度、位置和姿态等参数，从而引导飞机航行。

推算的方法是在运载体上安装加速度计，经过计算(一次积分和二次积分)，从而求得运动轨道(载体的运动速度和距离)，进而进行导航。

在运载体上安装加速度计，用它来敏感、测量运载体运动的加速度，经过计算(一次积分和二次积分)，从而求得运动轨道(运载体运动的速度和距离)，并且产生对运载体运动所需要的控制信号，控制运载体按要求弹道运动，称为惯性制导。

这就是说，惯性制导是对运载体进行测量和控制，使其沿预定的轨道运动。

作为一种自主式的导航方法，惯性导航是完全依靠载体上的设备自主地确定出载体的航向、位置、姿态、和速度等导航参数。

并不需要外界任何的光、电、磁参数。

因此，惯性导航系统具有隐蔽性好、全天候工作能力等独特优点。

对飞行器、舰船和地面移动载体（特别是用于军事目的）等尤为重要。

所以在近三十年来，在航空、航天、航海、交通和大地测量中惯性导航系统都得到了广泛的应用。

近今年来由于捷联技术在惯导系统中的应用为惯导系统在民用领域中的应用和发展开辟了更广阔的前景。

科学小玩具惯性的原理是科学小玩具惯性的原理惯性，指的是物体保持其速度和方向不变的性质。

惯性是物体的一种固有特性，根据牛顿第一定律，物体如果没有受到外力作用，将保持静止或匀速直线运动。

科学小玩具中的惯性原理指的是利用物体的惯性来产生一些有趣的效果，增加玩具的趣味性和观赏性。

惯性原理可以通过多种方式在科学小玩具中得到体现。

下面将就一些常见的惯性原理进行简单的介绍。

1. 陀螺陀螺是一种旋转稳定的玩具，常见于各种儿童玩具中。

陀螺利用了自身的角动量和惯性原理，维持着自己的稳定旋转状态。

在陀螺的旋转过程中，由于转动的惯性，不受外力的干扰，陀螺能够保持其旋转轴的方向不变，使得陀螺呈现出一些有趣的物理现象。

2. 惯性小车惯性小车是一种利用惯性原理来实现动力推动的玩具。

在惯性小车的设计中，将一个均质物体（例如小车）置于一个可运动的轨道上。

当有力推动小车改变其速度或方向时，小车内部的物体因为惯性而保持其相对静止状态，从而使整个小车具有一定的推动力。

3. 惯性振铃惯性振铃是一种利用惯性原理来展示波动效应的玩具。

惯性振铃通常由一个固定的支架和数个振铃组成。

当使用者用力拨动一枚振铃时，由于惯性的作用，相邻的振铃也会随之振动，从而形成一个连续的波动效应。

通过改变振铃之间的位置和频率，可以呈现出不同的振动波形。

4. 惯性轮惯性轮是一种利用惯性原理来实现特殊效果的玩具。

惯性轮的结构包括一个盘状物体和一个轴，它们通过一个弹簧连接在一起。

当使用者旋转盘状物体一段时间后，然后快速停止转动，盘状物体由于自身的惯性而继续旋转。

同时，弹簧会产生一个反向的力矩，使得盘状物体继续旋转一段时间。

这种特殊的惯性效果可以产生一系列有趣的动态效果。

总的来说，科学小玩具中的惯性原理是利用物体的惯性特性来实现一些有趣的效果。

通过玩具制造商的巧妙设计，我们可以在玩具中观察到惯性的各种效应，使得玩具更加有趣和具有科学教育意义。

在玩具的制作和使用过程中，我们也可以更好地理解和应用惯性原理。

惯导测量原理
惯性导航是利用惯性敏感元件（如加速度计）测量载体的角
速度和加速度，从而确定载体的运动状态和位置的导航技术。

它
是利用一组具有初始位置和初始速度的惯性器件，直接测量载体
相对于某一参考系的角速度和加速度，并通过解算这些信息来确
定载体的位置和运动状态。

惯性导航系统根据测量原理不同，可分为基于陀螺仪的系统（简称陀螺系统）和基于加速度计的系统（简称加速度计系统）
两类。

基于陀螺的惯性导航系统又分为：一是利用陀螺仪进行姿
态角测量的捷联式惯导系统；二是利用加速度计进行速度测量的
无陀螺仪式惯导系统。

捷联式惯性导航系统工作原理如下：将一套由一个或几个具
有固定安装位置（如地面）、与载体有相对运动关系（如飞行器）的陀螺安装在载体上，组成一个具有初始位置和初始速度（即陀
螺仪输出）的陀螺惯性导航系统。

陀螺提供与载体速度成比例、
与载体角速度成正比的初始加速度，使加速度计输出与载体速度
一起组成一个三轴正交陀螺仪，输出一个包含三个轴上信息的惯
性系位置信息。

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