惯性导航系统分类
惯性导航系统
无需地面或空间其它任何辅助设备可自行获得飞行导航参数
由于存在测量误差，而使定位误差随时间积累，制造精度要求高
3．惯性导航系统的组成
惯性测量组件（陀螺仪和加速度计） 惯导平台 计算机 显示器
4．两类惯性导航系统
平台式惯性导航系统：有惯导平台，利用惯导平台可以保证加速度计永处于惯性空间水平面内，并有确定的指向，不受地球重力加速度影响，但构造复杂，造价昂贵。
惯性导航系统
通过安装在飞行器上的加速度计测量飞行器的加速度，经运算处理获得飞行器当时的速度和位置的导航方法
1．惯导的基本原理
由牛顿第二定律可知，当物体受外力作同时，将会沿外力作用方向产生加速度，
若已知的初始位置，初始速度和运动中的加速度，则通过两次积分可以得任一时刻的速度和位置。
2．特点
惯性导航系统是由惯性器件构成的自主式导航设备
AV全程-第十七章惯性导航系统
坐标系
2地球坐标系——地球中心为 原点，相对地球不旋转 （oxyz），ox为赤道平面与 本初子午线（指向格林威治 经线），ox沿地轴指向北极 （与地轴重合）。y与其构成 右手坐标系，指向东经90º 方 向。固联于地球，与地球一 起转动。 • 3 地理坐标系――原点在地 球重心或地球表面上某点， ox指东oy指北，oz垂直当地 平面指向天。
动力陀螺稳定器 （续）
右图为三自由度陀螺组成的动力陀螺 稳定器，稳定陀螺的外框轴，也就稳定 了“稳定对象”。
积分陀螺仪单轴陀螺稳定器基 本工作原理—间接陀螺稳定器
间接陀螺稳定器-只由稳定系统的 稳定力矩（电机力矩）平衡干 扰力矩。与动力陀螺稳定器的 区别是，陀螺只是感受干扰抵消干扰力矩。 当平台稳定轴有干扰力矩时，平台 周6转动，而三自由度陀螺稳定 不动，则平台轴相对陀螺外框 轴偏转一个角度，产生电信号 放大 电机产生稳定力矩平 衡干扰力矩。 但，陀螺内框轴上有干扰力矩时， 会引起平台轴（稳定轴）漂移 （转动）误差。故需要高精度 陀螺仪（抗干扰陀螺仪，液浮 陀螺等）。
第十七章 惯性导航系统
2003 年 3月
17.1 惯性导航系统—概述
功用——测量飞机的位置、地速、航迹、风、姿态、航向等导 航参数。人工引导/或利用A/P控制飞机的运动轨迹。 分类—— 1导航仪表—— 2无线电导航系统——受气候及环境干扰 3天文导航系统——利用光学仪器，跟踪测量星体高度角及方 位，以计算出航星体在地球上的位置和航向，但也受云 层及气象条件的限制。 4卫星导航系统——导航为向严格地控制在预定轨道上运行。 利用装载飞机上的无线电设备测出飞机与卫星之间的相 对速度和位置，从而计算出飞机在地球上的位置等参数。
中心垂直陀螺仪
中心垂直陀螺仪
2.导航坐标系——【惯性导航系统】
定义：原点在载体重心，
或地球表面某点P；oxg yg
为东当，oy地g 水与平当面地；o子xg本水午平线节指一内容结束
致当，地且垂水线平ox指og指zygg北天zg；向
上
沿 ；
构成右手坐标系。
此种定义的地理系为
“东—北—天” 地理坐
地理系与地球系关系
从地理系转换到地球系的变换矩阵
oxe
ye ze
绕oze oxyz 90
构成右手坐标系。坐标
系与飞机固联，随飞机
机体系与地理系的关系
从机体系转换到地理系的变换矩阵
oxg yg zg 绕ozg负向oxh yh zh 绕oxhoxb yb zb 绕oyboxb yb zb
cos sin 0 1 0
容 结 束 Cbg sin cos 0 0 cos
在赤赤道道面面，内与；地oz球e本自转垂节轴直o内x一于e 容结束 致位子ox；午于e y线赤eoz；道xee 面o内ye，与o指ze向初始、
垂直，
地球系与地心系关系
从地球系转换到地心
惯性系的变换矩阵
本节内容结束
coset sinet 0
Cei
sin
et
coset
0
0
0 1
地理坐标系 oxg yg zg
绕ox 90
oxg
yg zg
cos(90 ) sin(90 ) 0 1
0
0
本 节 内 容 结 束 Cge
sin(90
)
cos(90 )
0 0 cos(90 ) sin(90 )
0
0
1 0 sin(90 ) cos(90 )
sin
co
s
0
惯性导航
一、惯性导航技术的发展历史
图1.5 惯导技术发展历史
二、惯性传感器的最新发展现状
2.1陀螺仪 定义：传统意义上的陀螺仪是安装在框架中绕回转体的对 称轴高速旋转的物体。现在习惯上把能够完成陀螺功能的 装置统称为陀螺。 分类：按陀螺转子主轴所具有的进动自由度数目可分为二 自由度陀螺仪和单自由度陀螺仪；按支承系统可分为滚珠 轴承支承陀螺，液浮、气浮与磁浮陀螺，挠性陀螺（动力 调谐式挠性陀螺仪），静电陀螺；按物理原理分为利用高 速旋转体物理特性工作的转子式陀螺，和利用其他物理原 理工作的半球谐振陀螺、微机械陀螺、环形激光陀螺和光 纤陀螺等。
四、惯性技术的应用
通过使用智能手机中的加速度传感器来测量行走的步长和 步数，方向传感器测量行走的角度。在用户行走的路径上布设 NFC标签，触碰NFC标签来对用户当前所在的位置进行校正 ，将这三种传感器结合起来，形成了基于多传感器的导航定位 流程图。
4.2
NFC+惯导系图统结构图
五、惯性导航发展趋势
几种姿态结算是重点
三、惯导系统的分类
Bortz 和 Jordon 最早提出了等效旋转矢量概念用于陀 螺输出不可交换误差的修正， 从而在理论上解决了不可交换 误差的补偿问题， 其后的研究就主要集中在旋转矢量的求解 上 ，根据在相同姿态更新周期内 ，对陀螺角增量等间隔采样 数的不同 、有双子样算法、 三子样算法等 。为减少计算量 Gilmore 提出了等效旋转矢量双回路迭代算法Miller 讨论 了在纯锥运动环境下等效旋转矢量的三子样优化算法， 此后 ，在 Miller 理论的基础上 Jang G. Lee 和 Yong J.Yoon 对等效旋转矢量的四子样优化算法进行了研究。 Y.F.Jiang 对利用陀螺的角增量及前一更新周期采样值的算法进行了研究 ， 研究结果表明， 采样阶数越高，更新速率越快 ，姿态更新 算法的误差就越小。 Musoff 提出了圆锥补偿算法的优化指 标， 分析了圆锥补偿后的算法误差与补偿周期幂次 r 的关系 。 这些理论研究奠定了姿态更新算法的经典理论基础 。
惯性导航系统
ER-FGI 1100光纤惯性导航系统 飞机、车辆、舰船等运载体提供高精度、全 自主的导航信息，包括载体运动角速度、加 速度、航向、姿态、速度、位置等。
ER-INS800 RLG惯性导航系统
车辆导航; 船载;
ER-MEMS惯性导航系统: ER-MGI210 / 230紧密集成导航系统 可广泛应用于无人驾驶飞行器、车辆导航、航 空、平台稳定控制等领域
ER-5610MEMS惯性/卫星综合导航系统 无人机,天线测量,飞机的黑匣子,街景车,电气检查无人 驾驶汽车
ER-5680 MEMS惯性/卫星综合导航系统 无人驾驶飞机,天线测量,光电检测是稳定的, 街景车电气检查无人驾驶汽车，智能无人驾 驶汽车
ER-711 MEMS惯性测量装置 : 该应用是测绘、测量、制导弹药、民用航空、车辆和其他特殊设备等
ER-5500 FOG IMU : 智能弹药(JDAM);航空测绘;车辆导航和定位;姿 态控制;起伏测量;组合导航系统;
航姿参考系统的定义
航姿参考系统（AHRS）包括多个轴向传感器，能够为飞行 器提供航向，横滚和侧翻信息，这类系统用来为飞行器提 供准确可靠的姿态与航行信息。
惯性导航系统的原理
惯性导航（Inertial Navigation）是 20 世纪中期发展起来的自主式的导航技术。通过惯性测量 组件（IMU）测量载体相对惯性空间的角速率和加速度信息，利用牛顿运动定律自动推算载体的瞬 时速度和位置信息，具有不依赖外界信息、不向外界辐射能量、不受干扰、隐蔽性好的特点，且惯 导系统能连续地提供载体的全部导航、制导参数（位置、线速度、角速度 2018.4.17
惯性导航系统
惯性导航系统的定义 惯性导航系统的原理 惯性导航系统的优缺点 惯性导航系统的分类 惯性导航系统的运用 惯性导航系统的产品
惯性导航的工作原理及惯性导航系统分类
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。
惯性导航系统
惯性导航系统导航系统在现代社会中扮演着至关重要的角色，无论是在陆地、海上还是空中，人们都依赖于导航系统来确定位置、规划航线和安全导航。
而在导航系统中，惯性导航系统被广泛运用，它以其独特的技术和功能在各个领域中发挥重要作用。
一、惯性导航系统的基本原理惯性导航系统是一种不依赖于外部参考的导航系统，它依靠惯性传感器实现位置和速度的确定。
惯性导航系统由三个基本部分组成：陀螺仪和加速度计以及计算单元。
陀螺仪用于测量角速度，而加速度计用于测量线加速度。
通过对这些测量数据进行积分和计算，惯性导航系统能够提供准确的位置、速度和航向信息。
二、惯性导航系统的优势相比于其他导航系统，惯性导航系统具有许多独特的优势。
首先，惯性导航系统没有对外部环境的依赖，可以在任何环境和天气条件下工作。
这使得它在航空、航海和军事领域中得到广泛应用，尤其是在恶劣的气候和极地环境下。
其次，惯性导航系统具有高精度和快速响应的特点，能够提供准确的位置和速度信息，对导航的实时性要求高的场景非常有优势。
此外，惯性导航系统体积小、质量轻，对设备和空间要求相对较低，便于安装和集成。
三、惯性导航系统的应用领域惯性导航系统在航空、航海和军事领域中得到广泛应用。
在航空领域，飞机上配备了惯性导航系统可以实时获取飞机的位置、速度和姿态信息，为飞行员提供准确的导航指引。
航海领域中，惯性导航系统可以帮助船舶确定位置和航向，提供给船员准确的航行信息。
而在军事领域中，惯性导航系统则被用于导弹、导航、战斗机和潜艇等武器装备中，帮助军事行动实现精确和长程的导航目标。
四、惯性导航系统的未来发展随着科技的不断进步，惯性导航系统也在不断演进和改进。
传统的惯性导航系统依靠陀螺仪和加速度计进行姿态测量，虽然具有高精度和可靠性，但体积较大、制造和维护成本较高。
近年来，光纤陀螺仪和微机电系统（MEMS）等新技术的应用，使得惯性导航系统体积更小、成本更低，且具备相当的准确度。
此外，惯性导航系统与全球定位系统（GPS）等导航系统的融合也越来越广泛，通过多传感器的数据融合，提高导航系统的可用性和鲁棒性。
惯性导航系统讲解
ALIGN FAULT
ON DC
DC FAIL
ALIGN FAULT
ON DC
DC FAIL
4. 惯导的基本原理
(一) 平台工作原理
陀螺稳定平台是利用 陀螺的稳定性和进动 性直接或间接地使某 一物体对地球或惯性 空间保持给定位置或 按照给定规律改变起 始位置的一种陀螺装 置
图10.4 由三自由度陀螺组成的三轴稳定平台
检查飞行中的航线数据
单独提供姿态基准信号
6.
惯导系统的精度及特点
惯导系统精度：漂移误差0.001度/秒 惯导系统特点： （1）自主式导航系统，全球、全天候导航 （2）系统校准后短时定位精度高 （3）体积小，精度高，操作简便，可与航道HSI,FDS 交连直观显示飞机位置和飞行姿态。
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§2 惯性导航系统操作程序
飞行前
VOR/DME 有精确坐标的位置点（NDB台、机场上空、显著地标等）
航站区域飞行：截获ILS前，可根据选定的电台提供非
精密导航操作。
惯导的其他功能
顺逆风显示 平行航线飞行 距离现在航迹400nm的范围内，利用惯性导航系 统可以执行平行偏离原航线飞行。使用自动驾驶 仪时，飞机自动转向偏离航线的平行航迹上。
惯性导航系统的自校准 引入现在飞机位置（经纬度），对飞机进行校准 要求：校准过程中不能开车，移动。校准完成后不能断开 惯性导航系统电源。 引进航路导航计划（9个航路点） 依次引进航路点的经纬度坐标，人工编排飞行计划。 人工输入VOR/TAC台站的数据（9个） 经纬度坐标 频率 标高 磁差 检查航线数据 为防止编排的航线计划出错，可以使用遥控功能检查航线 距离、待飞时间和航线角
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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。