惯性导航是什么？基本原理是什么？应用领域一览

1 什么是惯性导航

惯性导航(Inertial Navigation System，INS)是基于牛顿力学定律，根据惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，简称 IMU)测量载体的比力及角速度信息，并利用给定的初始运动条件，融合全球导航卫星系统(GNSS)等系统，实时推算相关参数如速度、位置、姿态等的导航设备。利用惯性导航的惯性导航系统能够装备在飞机、船舶、汽车、无人机等运载体中，从而实现导航定位，系统通过连续测得运载体角速度和线速度并进行积分运算即可连续、实时预测运载体的当前位置。

2 惯性导航原理

惯性导航具有强自主性，不依赖于任何外部信息、不向外部辐射能量，是一种自主式导航设备。工作原理是利用陀螺仪和加速度计测量载体在惯性参考系下的角速度和加速度，并对时间进行积分、运算得到速度和相对位置(陀螺仪用以获取运动体的角速度并测量其角度变化，加速度计的作用是获取运动体的线性加速度并测量其速度变化)并将其变换到导航坐标系中，结合最初的位置信息，得出载体现在所处的位置。

3 惯性导航构成

全球导航卫星系统(GNSS)+惯性测量单元(IMU)”是最常见的惯性导航组合方案

(1)应用场景和定位精度的互补：全球导航卫星系统即GNSS，一旦卫星信号良好，就能够提供厘米级定位，卫星信号微弱那么它的定位精度会大幅下降。IMU的精准定位比较好，即使是在在复杂工作环境中或极限运动状态下其定位都比较准确，但也会有误差累计问题，两者结合实现应用场景和定位精度的互补;

(2)定位系统的精确度提高：GNSS仅 10Hz，其延迟达 100ms，它的更新频率低，难以支撑实时位置更新，IMU 的更新频率大于100Hz(其延时小于10ms)，那么IMU就可以补充GNSS实时性差的缺点，两者实现互补，大幅提升定位系统的精确度

4 惯性导航分类

惯性导航分为平台式惯性导航和捷联式惯性导航

(1)平台式惯导：采用物理平台模拟导航坐标系统，即将加速度计安装在由陀螺仪控制的稳定平台上，使平台始终保持导航坐标系姿态不变。技术特征是机电一体化系统，系统内部有三到四个实体框架，抗震、抗冲击能力有限，主要应用级别是中高导航级、运动隔离，目前局部被淘汰，市场渐渐萎缩

(2)捷联式惯导：利用数学算法确定导航坐标系，其技术特征是电子数字化系统，系统内部没有活动部件，抗震、抗冲击能力强，主要应用级别是高中低导航级、稳定控制，发展情景广阔，未来会是主流的应用形式

5 惯性导航的应用

惯性导航的应用分为军用市场和民用市场，军用领域主要应用在舰艇船舶、航空飞行器、航天飞机、制导武器、陆地车辆、机器人等装备上，民用市场主要应用在大地测量、石油钻井、电子交通、汽车安全、消费电子等领域。

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