第二章 平台式惯性导航系统

第1 章绪论1.1 导航的基本概念导航是引导运载体到达预定目的地的过程。

导航分两类：(1)自主式导航，用飞行器或船舶上的设备导航，有惯性导航、多普勒导航和天文导航等；(2)非自主式导航，用于飞行器、船舶、汽车等交通设备与有关的地面或空中设备相配合导航，有无线电导航、卫星导航。

在军事上，导航还要配合完成武器投射、侦察、巡逻、反潜和援救等任务。

高效、高精度的导航系统更是我国这种发展中国家赶超发达国家的战略性资源和倍能器。

在军用方面，随着新时期军事战略方针的转变及高新技术武器装备的发展，导航定位定向系统已经成为我军现代化建设中一项不可缺少的重要军事技术装备，其重要性表现在：它是信息战必不可少的基础设备，是建立战场统一坐标的前提，是快速、准确火力部署的保障，同时又是实现武器精确打击能力的必要条件。

所以，导航定位定向系统对迅速提高我军的综合作战能力，加快数字化部队建设至关重要；在民用方面，国外的导航定位定向系统己在大地测量、定向钻并、隧道掘进、地面车辆导航、飞机进场着陆、航天航空遥感、机载重力测量、公路监测、地下油气管道监测、矿井监测、激光断面监测等方面得到广泛地的应用，并取得了巨大的经济效益。

在日常生活中我们经常接触到的导航是车载导航，车载导航属于非自主式导航，车载导航是利用车载GPS（全球定位系统）配合电子地图来进行的，汽车GPS导航系统由两部分组成：一部分由安装在汽车上的GPS接收机和显示设备组成；另一部分由计算机控制中心组成，两部分通过定位卫星进行联系。

1.2 惯性导航(INS)概述通常说的惯性技术，是惯性器件、惯性测量、惯性导航、惯性制导和惯性稳定等技术的统称。

惯性技术既是一门学科，也是一门工程技术，在陆、海、空、天各个领域有着广泛应用。

惯性器件（陀螺仪和加速度计）、惯性仪表、惯性导航系统都是以牛顿力学定律为基础的。

惯性导航系统通过加速度计实时测量载体运动的加速度，经积分运算得到载体的实时速度和位置信息。

北京七维航测科技股份有限公司 Beijing SDi Science&Technology Co.,Ltd.惯导(惯性导航系统)概述惯性导航系统（INS，以下简称惯导）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。

其工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。

惯导的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。

惯性导航系统（英语：INS）惯性导航系统是以陀螺和加速度计为敏感器件的导航参数解算系统，该系统根据陀螺的输出建立导航坐标系，根据加速度计输出解算出运载体在导航坐标系中的速度和位置。

运用领域现代惯性技术在各国政府雄厚资金的支持下，己经从最初的军事应用渗透到民用领域。

惯性技术在国防装备技术中占有非常重要的地位。

对于惯性制导的中远程导弹，一般说来命中精度70%取决于制导系统的精度。

对于导弹核潜艇，由于潜航时间长，其位置和速度是变化的，而这些数据是发射导弹的初始参数，直接影响导弹的命中精度，因而需要提供高精度位置、速度和垂直对准信号。

目前适用于潜艇的唯一导航设备就是惯性导航系统。

惯性导航完全是依靠运载体自身设备独立自主地进行导航，不依赖外部信息，具有隐蔽性好、工作不受气象条件和人为干扰影响的优点，而且精度高。

对于远程巡航导弹，惯性制导系统加上地图匹配技术或其它制导技术，可保证它飞越几千公里之后仍能以很高的精度击中目标。

惯性技术己经逐步推广到航天、航空、航海、石油开发、大地测量、海洋调查、地质钻控、机器人技术和铁路等领域，随着新型惯性敏感器件的出现，惯性技术在汽车工业、医疗电子设备中都得到了应用。

因此惯性技术不仅在国防现代化中占有十分重要的地位，在国民经济各个领域中也日益显示出它的巨大作用。

北京七维航测科技股份有限公司Beijing SDi Science&Technology Co.,Ltd.导航和惯导从广义上讲从起始点将航行载体引导到目的地的过程统称为导航。

惯性导航的工作原理及惯性导航系统分类
惯性导航系统(INS)是一种自主式的导航设备，能连续、实时地提供载体位置、姿态、速度等信息;特点是不依赖外界信息，不受气候条件和外部各种干扰因素。

惯性导航及控制系统最初主要为航空航天、地面及海上军事用户所应用，是现代国防系统的核心技术产品，被广泛应用于飞机、导弹、舰船、潜艇、坦克等国防领域。

随着成本的降低和需求的增长，惯性导航技术已扩展到大地测量、资源勘测、地球物理测量、海洋探测、铁路、隧道等商用领域，甚至在机器人、摄像机、儿童玩具中也被广泛应用。

不同领域使用惯性传感器的目的、方法大致相同，但对器件性能要求的侧重各不相同。

从精度方面来看，航天与航海领域对精度要求高，其连续工作时间也长;从系统寿命来看，卫星、空间站等航天器要求最高，因其发射升空后不可更换或维修;制导武器对系统寿命要求最短，但可能须要满足长时间战备的要求。

涉及到军事应用等领域，对可靠性要求较高。

惯性导航的工作原理
惯性导航系统是一种自主式的导航方法，它完全依靠载体上的设备自主地确定载体的航向、位置、姿态和速度等导航参数，而不需要借助外界任何的光、电、磁等信息。

惯性导航是一门涉及精密机械、计算机技术、微电子、光学、自动控制、材料等多种学科和领域的综合技术。

其基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度、角加速度，将它对时间进行一次积分，求得运动载体的速度、角速度，之后进行二次积分求得运动载体的位置信息，然后将其变换到导航坐标系，得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置信息等。

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惯性导航系统分类。

课程类型：理论课（含实践/实验）学时：60 《惯性导航系统》教学大纲一、教学对象本标准适用于电气工程及其自动化、自动化等专业，三年级，本科层次学生。

二、课程概述（一）课程的性质、地位《惯性导航系统》课程是电气工程及其自动化、自动化、弹药工程、电子工程、火力指挥与控制等专业本科生必修的专业基础课。

本课程是在已经掌握《理论力学》、《航空电机学》、《自动控制原理》和《航空仪表》等课程的基础上，着眼惯性导航系统技术发展方向，立足航空航天领域惯性导航系统装备现状，研究惯性导航原理及其在陆海空天导航领域中的应用的一门课程。

(二)课程基本理念本课程以新时期新阶段高等教育发展战略为依据，坚持科学发展观，全面落实素质教育和创新教育，着力提高人才培养质量。

在教学过程中着眼学生惯性导航系统知识、能力和素质全面发展的基本要求，落实知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观“三位一体”的课程教学目标，注重理论与实践相结合，课内教育与课外教育相结合，注重学生创新意识与创新能力培养，培养复合型专业技术人才。

坚持启发式教学思想，突出“学为主体，教为主导”的教学理念，提倡现代化、多样化的教学方式，大力倡导自主探索、合作交流等积极主动的学习方式，使学生的学习过程成为在教师引导下的“再创造”过程。

遵循现代高等教育规律，瞄准专业发展前沿，贴近工程实际，突出惯性导航前沿理论和关键技术研究。

(三)课程设计思路以课程基本理念为指导，对课程目标分别从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面进行了具体明确的阐述。

课程内容与教学要求主要阐述学生学习本课程必须掌握的内容要点及达到的基本要求，并注明了重点和难点。

在实施建议部分，分别对课程教学实施、课程考核评价、教材选编使用、课程资源开发与利用以及教学保障等提出了明确建议。

以培养学生惯性导航系统知识、掌握惯性导航设备使用维护技能为课程设计主线，按总体设计、单元设计及课堂设计安排教学内容，采用研讨式、“问题链”式等符合现代教育理念的教学方法，拓宽学生的知识面，培养学生的专业技能和科学素质。

空中导航题目：浅谈卫星导航与惯性导航姓名：罗文学号：150441418专业：交通运输卫星导航与惯性导航摘要：无线电导航与惯性导航是现代民航客机使用的最广泛的导航方式，卫星导航作为无线电导航的重要组成部分，现在以及将来都有着举足轻重的地位。

卫星导航主要由空间部分，控制部分和用户部分组成，卫星相比于路基导航设施有着明显的优势，仅需24颗卫星就可实现对全球提供精确度较高的导航，在加上差分系统的修正，可实现精度导航。

惯性导航系统利用惯性原件以及计算机可以实现完全自主导航，可在洋区，极地等导航设施覆盖不到或精确度较低的地方实现导航，惯性导航是目前唯一被认可的唯一导航方式。

关键字：无线电导航，惯性导航，差分系统，完全自主，唯一导航方式。

第一章卫星导航卫星导航是指利用导航卫星对地面、海洋、空中以及空间用户进行导航定位的技术。

卫星导航最早提于19世纪后半期，但直到20世纪60年代才开始实现。

常见的导航系统有GPS、GLONESS、Compass、Galileo等系统。

卫星导航系统由空间部分、控制部分和用户部分组成。

空间部分由导航卫星构成；控制部分包括世界各地的监测站，地面天线和上行链接和主控站；用户部分通常由接收机等组成。

现代民航运输飞行导航方式正逐渐由传统的VOR、DME、NDB等路基导航设施向星基导航设施过渡，基于性能的导航（PBN）作为未来全球导航技术的主要发展方向，其运行的导航设施主要是全球卫星导航系统（GNSS）。

卫星导航系统可在全球范围为民航客机提供连续精确的位置，时间，速度等信息。

由于卫星导航的实时性，使得飞机摆脱根据导航台飞行的飞行方式，而可以实现点与点之间的直线飞行，从而降低了油耗，节省飞行时间。

卫星导航系统同时也能将飞机飞行实时数据传送给空中交通管理部分，实现对飞行全程的自动监视，卫星导航想对于路基导航有着无可比拟的优越性。

尽管卫星导航导航精度能精确到十米左右，但这样的精度对于飞行起飞的着陆阶段还是不够。