惯性制导原理
惯性导航技术发展与应用
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。
惯性导航系统
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。
惯性及其应用
引力质量
在广义相对论中，引力质量与惯性质量是相等的，这 是等效原理的一个推论。这个概念对于理解引力场和 惯性场是非常重要的。
弦理论
规范对称性
弦理论中的规范对称性是一种非常抽象 的数学结构，它要求理论中的不同部分 以特定的方式相互关联。这个对称性的 基础就是惯性。
VS
额外维度
弦理论认为，我们生活的宇宙可能不仅仅 是三维的，还可能存在额外的维度。这些 额外的维度对于理解惯性和引力是非常重 要的。
05
惯性技术的发展与挑战
Байду номын сангаас
高精度惯性传感器技术
总结词
高精度惯性传感器技术是惯性导航系统的核心，其发 展面临的主要挑战包括提高传感器精度、降低噪声、 稳定性能以及适应不同环境和应用需求的能力。
详细描述
高精度惯性传感器技术是惯性导航系统的核心，其发 展受到多种因素的影响。首先，提高传感器精度是关 键，这需要克服技术限制和误差来源，例如力学、热 学和制造工艺等因素。其次，降低噪声和提高稳定性 也是重要的发展目标，这有助于提高导航精度和可靠 性。此外，为了满足不同环境和应用需求，需要开发 出具有高度适应性的高精度惯性传感器技术。
要点二
应用
在航天、航空、精密仪器等领域，为了防止外部振动 对测量或控制精度的影响，通常会采用振动隔离技术 。
陀螺仪稳定系统
原理
陀螺仪是一种能够测量运动方向和速度的传 感器，它利用惯性原理来测量和稳定物体的 姿态。
应用
在导弹、卫星、无人机等高速运动或高精度 姿态控制系统中，陀螺仪稳定系统具有重要
的作用。
惯性与其他测量技术的融合与集成
总结词
将惯性与其他测量技术融合和集成可以扩展其应用范 围和性能，例如与GPS、雷达、激光雷达等技术的融合 。
惯性技术
诊断功能 Diagnostic Fuctions
导向功能 Navigation F uctions
10,000o/Hr
1,000o/Hr
100o/Hr
10o/Hr
战术军事 应用
弹头稳定 自动驾驶装置 Seeker Stabilization Autopilot
稳定控制增强系统 Stability Control Augmentation System(SCAS)
Input
Moving Limitation Rotation Sense Mode
陀螺设计实例
结果和讨论
微型惯性测量组合（MIMU）
陀螺、加速度计和处理电路的组合
商业汽车 应用
控制功能 Control Fuctions
诊断功能 Diagnostic Fuctions
导向功能 Navigation F uctions
陀螺设计实例
方案确定 – 工艺 – 面内振动式 – 原理分析 » 驱动
驱 动 轴
Kx
输入
敏感轴 Ky
F 2mAx x cos x t
»
感应
d 2 y y dy F 2 y y Q dt m dt 2
Ay 2Ax
2 2 2 1 x y 1 x 2 y Q y 要求——两个方向模态一致
惯性技术
一.惯性技术简介
惯性技术是惯性敏感器、惯性稳定、惯性导航
和惯性测量等技术的统称。它既是一个综合性 很强的学科，又是一门技术，在国防科技中占 有重要地位，在国民经济某些部门中也有成功 的应用，已成为衡量一个国家科学技术和军事 实力的重要标志之一。
二、惯导系统的发展历史及发展趋势
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。
探究物体不受力时怎样运动惯性及其应用
04
探究物体不受力时怎样运动及惯性的 意义
对物体不受力时怎样运动的认识过程
亚里士多德的观点
认为物体运动需要受力推动，物体运动速度与受 力大小成正比。
伽利略的实验
通过斜面实验，发现物体在不受力时也能保持运 动，提出了“惯性”的概念。
笛卡尔的补充
笛卡尔对伽利略的实验进行了补充，他认为物体 在不受力时的运动是匀速直线运动。
静止
03
当物体不受力时，如果初始处于静止状态，那么物体会继续保
持这一静止状态，即处于静止状态。
物体不受力运动的实例
投掷铅球
在投掷铅球比赛中，铅球在离开手后不再受到任何外力作用 ，它会沿着一条抛物线轨迹运动，这是物体不受力运动的典 型例子。
踢足球
足球在被踢出后，不再受到脚踢的力，它会沿着一条曲线轨 迹运动，这也是物体不受力运动的实例。
3
原因
物体不受力运动的根源在于惯性，即物体保持 原有运动状态的性质。
物体不受力运动的分类
直线运动
01
当物体不受力时，如果初始处于匀速直线运动状态，那么物体
会继续保持这一运动状态，即沿着一条直线匀速运动。
曲线运动
02
当物体不受力时，如果初始处于非匀速直线运动状态，那么物
体会沿着一条曲线运动，即做曲线运动。
02
在车辆惯性控制中，惯性传感器起着至关重要的作用，它能够感知车辆的加速 度和角速度变化，为控制系统提供反馈信息，从而实现对车辆的精确控制。
03
车辆惯性控制技术的应用范围非常广泛，包括汽车、火车、飞机等交通工具， 可以提高这些交通工具的稳定性和安全性。
惯性在航空航天中的应用
惯性在航空航天中有着广泛的应用，例如在导弹、卫星 、无人驾驶飞机等航空器的制导和控制系统中，惯性传 感器是不可或缺的一部分。
科学小玩具惯性的原理是
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。
《惯性技术及制导原理》课程实验教学方法研究——克服实验教学中心理障碍的方法探讨
能力的提高 ， 笔者就如何克 服实验教学中的心理障碍 以促进理论
课 学 习 进行 初 步 分 析 、 究 。 研 ２ 学 生在 实验 教 学 中 常 出现 的 心 理 障 碍
２１ 重理论 、 ． 轻实验的错误认识 在专业基础 课的学 习中 ， 少学生存 在着重理论 、 实验 的 不 轻 思想 ， 以为只要理论学好 了， 就可以进一步深造 ， 实验只是对理论
的系统实验相结合 ， 有效地增 强了实验的吸引力和实施效果。 ３２ 提高认识 ， ． 增强学生心理适应能力
学生产生心理障碍 的主要原 因是对实验课 的认识不足 ， 缺乏
的补充 ， 掌握不好也 没关系 。表 现实验课 的学习上 ， 主要有 这样
几 种模 糊 认 识 ： 是 认 为 实 验 目的 就 是 验 证 所 学 过 的 理 论 ， 论 一 理
现培养大学生 实践 能力 教育 目标的基本手段 ， 是对理论教学 的应
用和拓展 ， 是对理论教学 的重要补充 和引申。同时加 强实验课 的
管理 ， 调动 学生主动参 与实验 的积极性 ， 既可培养 学生严谨 的科
学态度 ， 又可提高他们 的实际动手能力 。 ３３ 加强互动 ， ． 注重培养学生优秀 的心理品质 教学互动是在教学 过程中体现以学生为本 的重要手段 。 老 而 师在 教 与学 的师 生互 动 中起 主导 作 用 ， 师不 仅要 教学 生知 老
型 惯性 元 件 ， 激光 陀 螺仪 、 如 光纤 陀螺 仪 、 球 谐 振 陀 螺 仪 、 半 ＭＥ ／ Ｐ 导航仪等一批新 型惯组元件 和设备 ， ＭＳＧ Ｓ 完善新 购元件的 实验条件 ， 确保 实验 的种类 齐全 、 形式新颖 ， 满足学 生对新技术 、
新 元件知识 的需求 。同时 ， 实验模式也 进行 了一些 尝试 ， 验 对 将 证 性实验 、 自己动手实验 与 自主设计 实验相结合 ， 将课本要求 的 实验 与课 外兴 趣实验相结合 ， 将个别元 件的实验与多个元 件组 成
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惯性制导原理
惯性制导原理是一种导航系统，主要依靠物体的惯性力来实现定位和导航。
它利用物体的惯性特性，通过测量物体的加速度和角速度，来推测物体的位置、速度和方向。
惯性制导原理的基本思想是，通过测量物体在空间中的加速度和角速度，得到物体的运动状态，并通过积分得到物体的位置、速度和方向。
在运动过程中，惯性制导系统会不断更新物体的运动状态，并根据预先设定的目标路径，计算出控制指令，通过控制系统对物体进行控制，使其按照设定的路径运动。
惯性制导系统主要由三个部分组成：惯性传感器、导航计算单元和控制指令输出。
惯性传感器包括加速度计和陀螺仪，用于测量物体的加速度和角速度。
导航计算单元则用于处理传感器测量数据，通过运动方程和数学模型推导出物体的运动状态。
最后，控制指令输出部分将计算得到的控制指令传递给控制系统，实现对物体的控制。
惯性制导原理的优势在于其独立性和精度。
由于不依赖于外部信号，惯性制导系统可以在无GPS和其他导航设备的情况下
正常工作。
同时，惯性传感器具有较高的测量精度，可以提供准确的运动状态信息，从而使导航计算和控制指令的输出更加可靠和精确。
然而，惯性制导系统也存在一些不足之处。
由于惯性传感器会存在一定的误差和漂移，长时间的使用会导致测量数据的累积误差，从而影响系统的精度和稳定性。
为了解决这个问题，通
常需要结合其他导航系统，如GPS或地面基站，进行辅助定
位和校正。
总的来说，惯性制导原理是一种基于物体惯性特性的导航系统，在没有外部导航设备的情况下，通过测量物体的加速度和角速度，来推测物体的位置、速度和方向，并通过控制指令实现对物体的控制。
它具有独立性和精度的优势，但也存在测量误差累积的问题，需要与其他导航系统结合使用。