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2022

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惯性导航的原理和优点

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惯性导航是依据牛顿惯性原理,利用惯性元件(加速度计)来测量运载体本身的加速度,经过积分和运算得到速度和位置,从而达到对运载体导航定位的目的。

目前,惯性导航可分为两大类:平台式惯性导航和捷联式惯性导航。它们的主要区别在于,前者有实体的物理平台,陀螺加速度计置于由陀螺稳定的平台上,该平台跟踪导航坐标系,以实现速度和位置解算,姿态数据直接取自于平台的环架;在捷联式惯性导航中,陀螺和加速度计直接固连在载体上。惯性平台的功能由计算机完成,故有时也称作“数学平台”,它的姿态数据是通过计算得到的。惯导有固定的漂移率,这样会造成物体运动的误差,因此长射程的武器通常会采用指令、GPS等对惯性导航进行定时修正,以获取持续准确的位置参数。比如中距空空弹中段采用捷联式惯导+指令修正,JDAM采用自主式的卫星定位/惯性导航组合(GPS/INS),战斧也采用了GPS/INS+地形匹配的技术,多数运载火箭采用平台式惯导等。

惯性导航系统的机制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,根据环境和精度要求的不同,广泛的应用在航空、航天、航海和陆地机动的各个方面。

从原理上来说,惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪,又称惯性导航组合。3个自由度陀螺仪用来测量飞行器的3个转动运动;3个加速度计用来测量飞行器的3个平移运动的加速度。计算机根据测得的加速度信号计算出飞行器的速度和位置数据。控制显示器显示各种导航参数。按照惯性导航组合在飞行器上的安装方式,分为平台式惯性导航系统(惯性导航组合安装在惯性平台的台体上)和捷联式惯性导航系统(惯性导航组合直接安装在飞行器上);后者省去平台,所以结构简单、体积小、维护方便,但仪表工作条件不佳 (影响精度),计算工作量大。

优点

(1)由于它是不依赖于任何外部信息,也不向外部辐射能量的自主式系统,故隐蔽性好且不受外界电磁干扰的影响;

(2)可全天全球、全时间地工作于空中地球表面乃至水下;

(3)能提供位置、速度、航向和姿态角数据,所产生的导航信息连续性好而且噪声低;

(4)数据更新率高、短期精度和稳定性好。


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