惯导(惯性导航系统)
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
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。
惯导速度积分公式
惯导速度积分公式惯导系统，即惯性导航系统，是利用陀螺仪和加速度计来测量和维持方向和位置信息的系统。
当我们考虑一个物体在三维空间中的位置、速度和加速度时，惯导系统可以提供这些信息。
速度积分公式在惯导系统中是非常核心的概念。
这个公式基于以下物理原理：如果一个物体在某个方向上受到一个力的作用，那么这个力会导致物体在该方向上产生加速度，进而改变物体的速度。
具体来说，速度积分公式可以表达为：Δv = F Δt其中，Δv 是速度的变化量，F 是作用在物体上的力，Δt 是时间的变化量。
这个公式告诉我们，一个力在一个时间段内作用在一个物体上，会导致物体的速度在该方向上发生变化。
在惯导系统中，我们通常使用陀螺仪来测量角速度，使用加速度计来测量线性加速度。
通过测量这些数据，我们可以计算出物体的速度和位置信息。
具体来说，如果一个物体在某个时刻的速度为 v，角速度为ω，那么经过Δt 时间后，物体的速度变化量Δv 可以表示为：Δv = v ×ω×Δt其中，“×”表示矢量点乘。
这个公式告诉我们，一个物体在转动时，其速度会发生变化。
这是因为在转动过程中，物体的方向会发生变化，导致其速度的方向发生变化。
另外，我们还可以通过加速度计测量物体在三个轴向上的加速度分量 a_x、a_y、a_z。
如果我们知道物体的初始速度 v 和初始位置 p，那么经过Δt 时间后，物体的位置变化量Δp 可以表示为：Δp = v ×Δt + 1/2 × a ×Δt^2其中，“^2”表示平方，“a”是物体的加速度矢量。
这个公式告诉我们，一个物体在受到力的作用时，其位置会发生变化。
这是因为在力的作用下，物体的速度和加速度都会发生变化。
总之，惯导系统中的速度积分公式是用于计算物体速度和位置变化的关键公式之一。
通过测量陀螺仪和加速度计的数据，我们可以使用这些公式来更新物体的速度和位置信息。
《惯性导航系统快速传递对准技术》记录
《惯性导航系统快速传递对准技术》阅读笔记1. 惯性导航系统快速传递对准技术概述惯性导航系统(Inertial Navigation System,简称INS)是一种利用陀螺仪、加速度计和磁力计等传感器实时测量物体的角速度、加速度和磁场等信息，从而计算出物体的位置、速度和姿态等参数的导航系统。
在军事、航空、海洋、航天等领域，惯导系统具有重要的应用价值。
由于大气层扰动、地球自转引起的误差等因素，惯导系统在实际应用中可能会出现较大的误差。
为了提高惯导系统的精度和稳定性，快速传递对准技术应运而生。
快速传递对准技术是指通过一种特殊的方法，使惯导系统中的参考站与待测站之间的相对位置发生变化，从而实现对惯导系统参数的修正。
这种方法具有操作简便、效率高、精度高等优点，可以有效地减小惯导系统误差，提高导航精度。
快速传递对准技术已经广泛应用于各类惯导系统，如地面空中水下空间惯导系统等。
1.1 研究背景与意义随着科技的飞速发展，惯性导航系统（INS）在各种领域的应用越来越广泛，如航空航天、自动驾驶汽车、机器人等。
惯性导航系统的主要功能是通过陀螺仪和加速度计等惯性测量器件来测量和计算物体在空间中的位置和运动状态。
由于惯性导航系统的自主性较强，且会受到各种环境因素如温度、振动等的影响，使得其初始对准时间较长，精度受到一定程度的影响。
如何提高惯性导航系统的快速传递对准技术，缩短对准时间，提高对准精度，成为了当前研究的热点问题。
快速传递对准技术的提高对于提高惯性导航系统的性能具有重要意义。
它可以有效地缩短系统的初始对准时间，提高系统的快速反应能力。
这对于一些需要快速响应的应用场景，如军事机动、灾难救援等，具有重要的实用价值。
快速传递对准技术可以提高系统的定位精度和导航精度，这对于提高导航系统的可靠性和稳定性至关重要。
随着科技的发展，惯性导航系统正朝着更高精度、更高集成度的方向发展。
研究和发展快速传递对准技术，对于推动惯性导航系统的技术进步和产业升级具有深远的意义。
sigma40惯导系统参数
sigma40惯导系统参数
Sigma40是一款先进的惯性导航系统，具有高精度、高稳定性和高可靠性。
以下是Sigma40惯导系统的一些参数：
1. 定位精度：Sigma40惯导系统的定位精度为±3米，可用于室内和室外的导航应用。
2. 加速度计和陀螺仪：Sigma40惯导系统采用了高精度的MEMS加速度计和陀螺仪，能够提供高精度的运动检测和姿态测量。
3. 电源：Sigma40惯导系统的电源为3.7伏锂离子电池，可以连续工作8小时以上。
4. 尺寸和重量：Sigma40惯导系统的尺寸为110毫米×70毫米×25毫米，重量为150克。
5. 通信接口：Sigma40惯导系统支持多种通信接口，包括UART、I2C、SPI等。
6. 工作温度范围：Sigma40惯导系统的工作温度范围为-40℃至+85℃。
7. 校准：Sigma40惯导系统支持在线和离线校准，可以通过软件进行校准和参数配置。
8. 数据格式：Sigma40惯导系统支持多种数据格式，包括NMEA、BDSI、RTK等。
总之，Sigma40惯导系统是一款高精度、高稳定性和高可靠性的惯性导航系统，适用于各种导航和运动检测应用。
惯性导航系统
惯性导航系统一、惯性导航系统（Inertial Navigation System，INS）1、基本观点惯性导航系统（ INS）是一种不依靠于外面信息、也不向外面辐射能量的自主式导航系统。
其工作环境不单包含空中、地面，还能够在水下。
惯性导航系统目前已经发展出挠性惯导、光纤惯导、激光惯导、微固态惯性仪表等多种方式。
陀螺仪由传统的绕线陀螺发展到静电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺、微机械陀螺等。
激光陀螺丈量动向范围宽，线性度好，性能稳固，拥有优秀的温度稳固性和重复性，在高精度的应用领域中向来占有着主导地点。
因为科技进步，成本较低的光纤陀螺（ FOG）和微机械陀螺（ MEMS）精度愈来愈高，是将来陀螺技术发展的方向。
我国的惯导技术最近几年来已经获得了长足进步，液浮陀螺平台惯性导航系统、动力调谐陀螺四轴平台系统已接踵应用于长征系列运载火箭。
其余各种小型化捷联惯导、光纤陀螺惯导、激光陀螺惯导以及般配 GPS修正的惯导装置等也已经大批应用于战术制导武器、飞机、舰艇、运载火箭、宇宙飞船等。
如漂移率0.01 ° - 0.02 °/h 的新式激光陀螺捷联系统在新式战机上试飞，漂移率0.05 °/h 以下的光纤陀螺、捷联惯导在舰艇、潜艇上的应用，以及小型化挠性捷联惯导在各种导弹制导武器上的应用，都极大的改良了我军装备的性能。
惯性导航系统有以下主要长处：（ 1）因为它是不依靠于任何外面信息，也不向外面辐射能量的自主式系统，故隐蔽性好，也不受外界电磁扰乱的影响；（ 2）可全天流全世界、全时间地工作于空中、地球表面以致水下；（ 3）能供给地点、速度、航向和姿态角数据，所产生的导航信息连续性好并且噪声低；（ 4）数据更新率高、短期精度和稳固性好。
其弊端是：（1）由于导航信息经过积分而产生，定位偏差随时间而增大，长久精度差；（2）每次使用从前需要较长的初始瞄准时间；（3）设施的价钱较昂贵；（4）不可以给出时间信息。
惯性导航系统：导航不再非卫星不可
FPGA作为主控制器进行实时数据采集和通信，以NIOSII软核处理器进行 惯性传感器的数据采集和处理。描述了系统的总体结构和利用六位置法 争转台实验对惯性器件进行了补偿算法的研究。通过六位置法和转台实 验的测试，对应原理样机的实测数据与补偿后的结果，验征了惯
惯性导航技术的理论技术是什么？ 惯性导航系统的工作机理是建立在牛顿经典力学的基础上的。牛顿定律告诉
人们：一个物体如果没有外力作用，将保持静止或匀速直线运动；而且 ，物体的加速度正比于作用在物体上的外力。如果能够测量得到加速度 ，那么通过加速度对时间的连续数学积分就可计算得到物体的速度和位 置的变化。
惯性导航技术的特点是什么？ 不同于其他类型的导航系统，惯性导航系统是完全自主的，它既不向外部发
射信号，也不从外部接收信号。惯性导航系统必须精确地知道在导航起 始时运载体的位置，惯性测量值用来估算在启动之后所发生的位置变化
除了改进惯导系统中的陀螺仪等设备，还有没有其它办法解决惯性导航长时 间工作的精度问题？
惯性导航统有什么缺点？ 其缺点是：1、由于导航信息经过积分而产生，定位误差随时间而增大，长
期精度差；2、每次使用之前需要较长的初始对准时间；3、设备的价格 较昂贵；4、不能给出时间信息。
惯性导航系统的工作原理是什么？ 惯性导航系统属于推算导航方式，即从一已知点的位置根据连续测得的运动
体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前 位置。惯性导航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系，使加速度计 的测量轴稳定在该坐标系中，并给出航向和姿态角；加速度计用来测量 运动体的加速度，经过对时间的一次积分得到速度，速度再经过对时间 的一次积分即可得到距离
飞机惯性导航系统
惯性导航
组成惯性导航系统的设备 都安装在运载体内，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，是一种自主式导航系统。
惯性
导航
惯性
陀螺仪 3个自由度陀螺仪用来测量运载体的3个转动 运动； 加速度计 3个加速度计用来测量运载体的3个平移 运 动的加速度。
导航
导航概念:引导载体到达预定目的地的过程. 导航系统测量飞机的位置、速度、航迹、 风向/风速、姿态等导航参数，驾驶人员或 自动飞行控制系统能靠它引导航行体按预 定航线航行。
测加速度积分获得速度，再积分获得位移，与初始 位置比较获得位置。角速度积分获得角度变化值， 从而得到姿态和航向信息。
分类：平台式惯导系统和捷联式惯导系统
惯导系统工作原理
陀螺仪
陀螺仪
陀螺仪
激光陀螺测量角速度原理
加速度计工作原理
惯导系统工作原理
惯性基准系统
三个加速度性系统显示组件（ISDU）
组合导航
卫星导航与惯性导航组合 （以惯性导航为主）
惯性－多普勒 导航系统
制导与导航概念的区别
导航系统分类:
1导航仪表 2无线电导航系统 3天文导航系统 4卫星导航系统 5惯性导航 6综合导航系统
惯性导航原理
牛顿力学定律 飞机运动加速度 积分运算得出运动速度和位移量 惯性元件 惯性效应
惯导系统功用和分类:
功用： IRS向FMCS输送飞机经纬度位置、真航向、磁航向、 南北和东西向速度、俯仰角和倾斜角、高度、升降速度、地速 等数据。
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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。
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。
从狭义上讲导航是指给航行载体提供实时的姿态、速度和位置信息的技术和方法。
早期人们依靠地磁场、星光、太阳高度等天文、地理方法获取定位、定向信息，随着科学技术的发展，无线电导航、惯性导航和卫星导航等技术相继问世，在军事、民用等领域广泛应用。
其中，惯性导航是使用装载在运载体上的陀螺仪和加速度计来测定运载体姿态、速度、位置等信息的技术方法。
实现惯性导航的软、硬件设备称为惯性导航系统，简称惯导系统。
SINS捷联式惯性导航系统(Strap-down Inertial Navigation System，简写SINS)是将加速度计和陀螺仪直接安装在载体上，在计算机中实时计算姿态矩阵，即计算出载体坐标系与导航坐标系之间的关系，从而把载体坐标系的加速度计信息转换为导航坐标系下的信息，然后进行导航计算。
由于其具有可靠性高、功能强、重量轻、成本低、精度高以及使用灵活等优点，使得SINS 已经成为当今惯性导航系统发展的主流。
捷联惯性测量组件(Inertial Measurement Unit，简写IMU)是惯导系统的核心组件，IMU的输出信息的精度
在很大程度上决定了系统的精度。
惯导结构部件
陀螺仪和加速度计是惯性导航系统中不可缺少的核心测量器件。
现代高精度的惯性导航系统对所采用的陀螺仪和加速度计提出了很高的要求，因为陀螺仪的漂移误差和加速度计的零位偏值是影响惯导系统精度的最直接的和最重要的因素，因此如何改善惯性器件的性能，提高惯性组件的测量精度，特别是陀螺仪的测量精度，一直是惯性导航领域研究的重点。
激光陀螺面临的最大问题是其制造工艺比较复杂，因而造成成本偏高，同时其体积和重量也偏大，而另一种光学陀螺-光纤陀螺不但具有激光陀螺的很多优点，而且还具有制造工艺简单、成本低和重量轻等特
点，目前正成为发展最快的一种光学陀螺。
我国惯导技术
我国的惯导技术近年来已经取得了长足进步，液浮陀螺平台惯性导航系统、动力调谐陀螺四轴平台系
统已相继应用于长征系列运载火箭。
其他各类小型化捷联惯导、光纤陀螺惯导、激光陀螺惯导以及匹配
GPS修正的惯导装置等也已经大量应用于战术制导武器、飞机、舰艇、运载火箭、宇宙飞船等。
如漂移率
0.01°~0.02°/h 的新型激光陀螺捷联系统在新型战机上试飞，漂移率0.05°/h 以下的光纤陀螺、捷联惯导
在舰艇、潜艇上的应用，以及小型化挠性捷联惯导在各类导弹制导武器上的应用，都极大的改善了我军装备的性能。
导航与惯导常规分类：
1 IMU(Inertial Measurement Unit)惯性测量单元（陀螺和加速度）输出角速度和加速度值。
2 VG(vertical Gyroscope)垂直陀螺输出的是在IMU基础上进行实践积分后得到的姿态（俯仰和横滚）角度值（角速度单位是°/S，角度单位是°）。
3 AHRS(Automatic Heading Reference System)姿态方位参考系统中一般加了磁场计（相当于指南针、罗盘），输出航向、姿态角度等值。
4 NA V(Navigation)组合导航系统。
5 GPS/INS(Inertial Navigation System)紧耦合组合导航系统。
惯性传感器术语
1. 角速率陀螺参数指标
(1)．测量范围（°/ S）
也称量程。
指陀螺仪能测量正、反方向角速率的额定值范围。
在此额定值范围内，陀螺仪刻度因数非线性满足规定要求。
(2)．刻度因数（mV /°/ S）
也称灵敏度。
指陀螺仪输出量与输入角速率的比值。
该比值是根据整个输入角速率范围内测得的输入、输出数据，通过最小二乘法拟合求出的直线的斜率。
(3)．刻度因数非线性度（％）
指在输入角速率范围内，陀螺仪输出量相对于最小二乘法拟合直线的最大的偏差值与最大输出量之比。
(4)．零偏与零偏稳定性（V, °/ h 或°/ S）
零偏是指陀螺仪在零输入状态下的输出。
以规定时间内测得的输出量平均值来表示。
零偏稳定性是衡量陀螺仪在零输入状态下输出量围绕其均值（零偏）起伏和波动的离散程度，习惯上用均方根，并以相应的等效输入角速率表示。
(5)．分辨力（°/ S）
表示陀螺仪在规定的输入角速率下能敏感的最小输入角速率增量。
由该角速率增量所产生的输出增量至少应等于按刻度因数所期望的输出增量值的50%。
(6)．随机游走系数RWC（°∕h1∕2）
指由白噪声产生的随时间累积的陀螺仪输出误差系数。
(7)．带宽（Hz）
指陀螺仪频率特性测试中，规定在测得的幅频特性的幅值降低3dB所对应的频率范围称为带宽。
在该范围内陀螺仪能够精确线性地测量输入的角速率。
(8)．输出噪声（mv）
当陀螺仪处于零输入状态时，陀螺仪直流零偏值信号中的交流分量（mv，rms）。
(9)．自检测ST（V）
指陀螺仪在正常通电状态下，没有角速率输入时，自动检测陀螺仪结构和电路正常与否的手段。
在陀螺仪规定的电气接口（ST）供规定的电压后，在正常的输出端输出的电压值符合规定的ST响应电压值范围时，则判该陀螺仪正常。
(10)．温度传感器输出UT（V）
指在陀螺仪内部独立地设置有高精密温度传感器，并一般给出温度传感器在常温下的零位电压值（V）和灵敏度（mV/℃）。
(11)．平均无故障间隔时间MTBF（hr）
指陀螺仪两次故障之间时间的平均值（hr）。
它是衡量陀螺仪使用可靠程度的可靠性指标。
(12)．零偏置
零偏值是指陀螺仪在零输入状态下的输出电压不是零伏，而为偏离零伏的某一电压值，一般MEMS 陀螺仪把零位调偏置为2.5V。
2．加速度计参数指标
（1）测量范围（g）
也称量程。
是指加速度计能测量正反方向线加速度的额定值范围。
在此额定值范围内，加速度计刻度因数非线性度满足规定要求。
（2）刻度因数（mV/g）
也称灵敏度。
指加速度计输出量与输入线加速度的比值。
（3）刻度因数非线性度（％）
指在输入线加速度范围内，加速度计输出量相对于最小二乘法拟合直线的最大偏差值与最大输出量之比。
（4）分辨力（mg）
表示加速度计能敏感的最小输入线加速度值。
（5）带宽（Hz）
指加速度计频率特性测试中，规定在测得的幅频特性的幅值降低3dB所对应的频率范围称为带宽。
在该范围内加速度计能够精确线性地测量输入线加速度。
（6）输出噪声（mv）
当加速度计处于零输入状态时，加速度计的直流零偏置信号中的交流分量（rms）称之为输出噪声。
（7）自检测ST（V）
指加速度计在正常通电状态下，没有输入线加速度时，自动检测加速度计结构和电路正常与否的手段。
在加速度计规定的电气接口（ST）供规定的电压后，在正常的输出端输出的电压值符合规定的ST响应电压值范围时，则判该加速度计正常。
（8）温度传感器输出UT（V）
指在加速度计内部独立地设置有高精密温度传感器，并一般给出温度传感器在常温下的零位电压值（V）和灵敏度（mv/℃）
（9）平均无故障间隔时间MTBF（hr）
指加速度计两次故障之间时间的平均值（hr）。
它是衡量加速度计使用可靠程度的可靠性指标。