“导航技术”学习笔记

惯性导航技术 Inertial Navigation Systems – INS

　　导航：引导一个物体从一个地方航行到另一个地方。确定载体的位置、速度、姿态，引导载体到达目的地的指示或控制过程。

　　惯性导航：惯性导航系统是基于运动传感器计算其位置的航位推算型导航系统。利用惯性敏感器（陀螺仪和加速度计）测量相对于惯性坐标系的转动和平移来完成。

1.惯性导航器件：陀螺和加速度计

　　（1）机械式陀螺（牛顿运动定律，定轴性和进动性）

　　（2）浮子陀螺（液浮、气浮、磁浮） （3）挠性陀螺

　　（4）光纤陀螺（sagnac效应，干涉）（5）激光陀螺（sagnac效应，谐振态）

　　（6）静电陀螺                                    （7）原子陀螺（核磁共振、干涉）                      （8）MEMS陀螺

惯性导航系统分类

　　（1）平台式惯导系统 ( Platform INS)

　　（2）捷联惯导系统 (Strapdown INS – SINS)

2.导航技术

　　导航方式：天文导航（郑和《过海牵星图》、指南针、水罗盘）、无线电导航、多普勒导航、惯性导航、GNSS卫星导航、特征匹配导航（地形、地磁、重力）。

导航方式	优点	缺点
天文导航
无线电导航	精度高，可靠性高	依赖地面台站的配合 电波易受干扰，自身容易暴露 生存能力差，对抗性弱
多普勒导航	主动工作，自主性强	易受干扰，易暴露 定位精度与反射面的具体情况密切相关（海面、沙漠反射性差） 精度受雷达天线姿态影响大（载体做大机动时，可能无法接受反射波）
惯性导航	自主性强，隐蔽性好（无源） 全天候，连续实时	误差随时间累积，长期工作稳定性差 需要初始位置和速度信息
卫星导航	精度高，全天候 应用广泛多功能 成本低	信号弱，抗干扰能力弱 遮挡环境，水下无法使用
组合导航	GNSS+INS INS+重力匹配 INS+地磁匹配 INS+星光匹配 INS+多普勒

　　惯性导航系统的分级：消费级、战术级、导航级、战略级

　　惯性级陀螺：地球自转角速率为15.04107度/h。其千分之一为0.015度/h，称为毫地转率。将精度达到0.015度/h的陀螺称为惯性级陀螺，往往也以1meru的量级(0.01度/h)表示惯性级陀螺精度。

　　惯性级导航系统：运行1h过程中在水平面上定位误差等于1n mile（1海里=1.852公里(千米) ）的惯性导航系统。在航海上，规定地球子午圈的l分弧长为1海里（就是1度纬度所对应的经线的长度）。但由于地球并不是一个标准的球体，故而在不同的纬度上，子午圈l分弧长各不相同。

　　组合导航：SINS和GNSS组合导航

　　协同导航：

 3.重力测量

　　重力：地球所有质量对任一质点所产生的引力与该点相对于地球的平均角速度及平均地极的离心力之合力。

　　测量方式：绝对重力测量和相对重力测量

　　（1）绝对重力测量：用仪器直接测定地面上某点的绝对重力值。地球表面上的绝对重力值约在978～983Gal。

　　（2）相对重力测量：用仪器测定地面上两点之间的重力差值。地球表面上的最大重力差约为5000mGal。

 4.地磁测量