惯性导航系统INS与GPS
惯性导航系统INS(Inertia Navigation System)
参考http://baike.baidu.com/view/1574404.htm
定义1：能完成惯性导航任务的成套装置。 应用学科：船舶工程（一级学科）；船舶通信导航（二级学科） 定义2：应用高精度的陀螺仪和加速度计等惯性敏感器件测量运动载体的加速度，再经过计算机解算出运动载体的加速度、位置、姿态和航向等导航参数的自主式导航系统。 应用学科：
航空科技（一级学科）；飞行控制、导航、显示、控制和记录系统（二级学科） 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 ）是一个使用加速计和陀螺仪来测量物体的加速度和旋转，并用计算机来连续估算运动物体位置、姿态和速度的辅助导航系统。它不需要一个外部参考系，常常被用在飞机，潜艇，导弹和各种航天器上。GPS(Global Positioning System)全球卫星定位系统：利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统（GPS卫星有多颗，围绕地球）。GPS功能必须具备GPS终端、传输网络和监控平台三个要素。GPS组成部分：1、空间部分。24颗卫星2、地面控制部分。收集由卫星传回之讯息，并计算卫星星历、相对距离，大气校正等数据。3、用户设备部分。即GPS信号接收机。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。1988年又进行了最后一次修改：21颗工作星和3颗备用星工作在互成30度的6条轨道上。这也是现在GPS卫星所使用的工作方式。GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。GPS导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标x、y、z外，还要引进一个Δt即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。GPS接收机接收卫星信号GPS/INS组合制导即GPS辅助惯性制导。
没有更多推荐了，院士：中国惯性导航技术获重要突破 比肩西方强国
冯培德院士和主持人陈虎交流话题。（季拓摄）
新华网专稿（郑文浩石乐乐）:相对于现在应用广泛的GPS导航，惯性导航则是普通民众相对比较陌生的名词。但是在军事领域，惯性导航则是用于飞机、导弹、舰艇、战车的关键系统。尽管现在GPS导航的精确度可以达到厘米级的水准，但是惯性导航在军事上有着异乎寻常的重要性。因为惯性导航是一种完全自主的导航系统，不需要外部参考与支持，这一特点使它自然地不受外界的干扰或欺骗。因此现在飞机，潜艇，导弹和各种航天器上，除了安装有GPS导航系统，也都精密的惯性导航系统。需要指出的是，现在能够自行研制精密惯性导航系统的国家，仍然只有少数的几个军事强国而已。
在新华网访谈开始之前，冯培德院士向我们这些门外汉解释了惯性导航的原理。所谓惯性导航系统是一个使用加速计和陀螺仪来测量物体的加速度和角速度，并用计算机来连续估算运动物体位置、姿态和速度的辅助导航系统。冯院士解释说，陀螺的角速度测量用于在运动载体上建立测量参考系，加速度计在惯性参照系中用于测量载体的线加速度。通过这两组数据，再结合起始位置，根据运动学积分方程就可以得到位置信息。
&应该说，在飞机机载设备当中，惯导系统是难度很大的，也是极关键的系统。&冯院士这样解释惯导系统在航空装备研制中的地位，&所以八十年代后期为推动机载惯导的发展，国家主管部门曾经把发动机、惯性导航系统和雷达系统这三个系统单独立项，不是和飞机型号立项放在一起的。大家形成共识认为这三个产品难度更大一点、重要性更高一点，是花钱也买不到的技术，不&开小灶&恐难突破，现在看来这一决策十分正确，最难的两项机载设备终于突破了，已经走上良性发展之路，同时也造就了机载设备行业两名院士。&
那么，机载惯导系统性能的差别，好一点或者差一点对这个飞机的战斗性能会有什么影响？冯院士认为，最初对导航系统的要求就是解决飞机能够飞到预定的目标区并最终能返场，随着现代飞机超视距发射武器、高空精确空投以及高超音速、远程、跨越临近空间等一系列新使命提出的需求，惯导系统提供飞机精确的位置、姿态和速度信息变得越来越重要。近年来卫星导航取得突破性发展，可提供高精度位置信息，其接收机又十分便宜，但战时一旦它被干扰或受到袭击，就还得靠完全自主式的高精度惯性导航系统。因此各类现代军用运载器都装卫星导航系统，但都不敢依赖它，有些执行重大使命的运载器甚至要装两、三套惯导。
作为中国航空惯性导航系统老一代的学术带头人，冯培德几乎见证了新中国航空惯导技术从无到有的发展历程：&我们在六十年代末也从研发采用液浮陀螺的第一代惯导系统起步，很快完成样机研制和试飞，但没多久我们就转向采用挠性陀螺、挠性加速度计的第二代惯导的研制，在试探可能的国际合作时都受阻后，我们自主研发完成了二代惯导系统的设计定型，达到了国外产品的水平，批量装备主战机种。而70年代末我们又开始了为第三代惯导系统配套的激光陀螺的研制工作。经过二十几年三代人的努力，我们终于交出了满意的答卷。相比西方发达国家，我们的惯导技术和航空工业一样，已经由过去的望尘莫及，逐渐到了现在的望其项背，进而在向并驾齐驱发展。&冯院士在访谈中欣慰地总结道。
作为一名德高望重的院士、我国惯性导航领域屈指可数的专家，冯培德近年来把培养年轻一代科技工作者当成头等大事。他制订的&培养百名研究生&计划，已接近实现，他现在还带领他的团队真刀真枪的干，引领着惯导系统的发展。在访谈的最后，冯培德说：&我觉得经过几十年的努力，我们已经奠定了一个较好的技术基础，也有了一直可以信赖的队伍，已经到了扔掉拐棍走自己道路的时候了。我本人虽然已年过七旬，但仍然强烈追求在最终冲刺阶段在自主创新方面上一个台阶。可以告诉大家我们的团队已经在惯导技术途径创新上取得了重要突破。我对这项工作的前景十分看好。当然我也更加坚信在党中央&创新驱动&战略指引下，我们的强军之梦定能早日实现！&
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惯性导航系统原理及其应用
　　【摘要】本文介绍了惯性导航系统的主要组成器件，基本原理和主要类型。列举了惯性导航系统在当前的主要应用领域及发展趋势。 中国论文网 /2/view-4332921.htm　　【关键词】惯性导航系统 INS 陀螺仪 　　惯性导航系统（Inertial Navigation System）是以惯性原理为理论基础，以陀螺仪和加速度计等为硬件设备基础，结合机电，光学，物理，数学，计算机科学等多种学科技术建立的导航参数解算系统。与天文导航系统，无线点导航系统，卫星导航系统相比，惯性导航系统具有设备隐蔽性，导航自主性和信息获取完整性等独特优点，故惯性导航系统一直作为一种重要的导航设备，广泛应用于民用，军事，科研等多个领域。 　　一、惯性仪表 　　惯性仪表，又称惯性器件，是惯性导航系统获取导航参数的主要硬件设备。目前，惯性仪表主要指陀螺仪和加速度计。 　　（一）陀螺仪 　　陀螺仪主要用于获取运动体角运动信息。陀螺仪具有两大特性： 　　定轴性，在不受外力矩作用时，陀螺转子的方向始终指向初始恒定方向。 　　进动性，在受外力作用时，陀螺转子讲偏离原始方向，做以下运动： 　　根据以上两个特性制成的陀螺仪能够精确测定陀螺轴指向。目前，陀螺仪发展已经进入第四个阶段，即激光陀螺，静电陀螺，振动陀螺广泛应用。在未来，高灵敏度，高可靠性，结构简单，成本低廉的光纤陀螺将是主要发展趋势。 　　（二）加速度仪 　　加速度计主要用于获取运动体加速度信息。假设加速度计处于垂直方向上，由于地球重力影响，根据牛顿第二定律，只需已知测试元件质量，通过测量测试元件所受的力，便可求出运动体加速度。 　　通常记f（specific force）定义为作用在单位质量的非引力外力，可由加速度计测出。目前，工程上常采用具有偏心质量的摆式加速度，常见有液浮摆式加速度计，陀螺积分加速度计。 　　二、惯性导航系统分类 　　根据构建导航坐标系方法不同，常将惯性导航系统分为两类 　　平台式惯性导航系统，将加速度计安装在稳定平台上，稳定平台由陀螺仪控制，使平台始终与要求的导航坐标系保持一致。 　　捷联式惯性导航系统，将陀螺仪和加速度计都直接安装在运动体上，陀螺输出用来求解运动体相对导航坐标系的坐标转换系数。 　　平台式惯性导航系统由于体积大，结构复杂，可靠性差等缺点，近来逐步被捷联式惯性导航系统所替代，捷联式惯性导航系统由于采用数学方法建立导航坐标系，不需要依赖复杂的物理平台，具有体积小，结构简单，可靠性强的优点，但是巨大的计算量无疑需要优秀的算法和高效的微处理器。 　　三、惯性导航系统应用 　　（一）惯性导航系统在军事上应用 　　第二次世界大战期间，德国在V2导弹采用两个双自由度陀螺仪和一个陀螺积分加速度计组成惯性导航系统，这是惯性导航技术在导弹制导上的首次利用。近年来，由于惯性器件性能和制造水平不断提高，惯性导航系统在军事上应用更加广泛，主要集中在导弹制导，复杂条件下战斗机导航，高能激光武器的瞄准，空间飞行器控制等领域。 　　（二）惯性导航系统在航海上应用 　　自1908年德国科学家安修茨设计的单转子摆式陀螺罗经首次在航海上应用，至今一百多年来，惯性导航系统在航海导航的应用取得了不断进步和成功。美国海军于1978年将Sperry Marine公司生产的MK16 MOD II 型陀螺稳定器装备于导弹驱逐舰上， 2005 - 2006年Sperry为加拿大海军的4艘潜艇装配了MK 49，环形激光陀螺捷联惯性导航系统AN/WSN27型则于2000年开始大规模生产并装备美国海军舰艇，代表了惯性技术发展的最新水平。 　　（三）组合导航技术 　　组合导航技术是指利用运动载体上两种或者两种以上导航设备提供的多重数据，求解位置，速度和姿态等多种导航信息，从而使多种导航设备能达到优势互补，提高精度的目的。 　　目前，惯性导航系统与GPS结合是最为理想，惯性导航抗干扰能力强，且不依赖外来信号，速度快，故在山洞等GPS信号较弱的地方为运动体提供导航信息，而GPS测量值可以校正惯性器件的漂移值，从而实现快速，连续，高精度定位。国外在90年代前后已经进行了基于深组合技术的组合导航系统的实验研究，并在1997年得到了应用。从21世纪初开始，，美国绝大部分战斗机上已经采用EG I （Embedded GPS/INS）技术逐步替代单GPS接收机， 并最终淘汰单GPS接收机。 　　值得一提的是，我国正在建设和运行的北斗导航系统，也可与惯性导航系统采用深组合方式组成组合导航系统，从而更加充分地发挥我国自主研发北斗导航系统作用，有效提高定位精度和系统可靠性。 　　四、惯性导航系统发展趋势 　　上节列举了导航系统当前在各个领域的一些应用，未来，惯性导航系统将进一步发展，主要特点是满足用户需求，体现自身优势，具体体现在： 　　（1）继续在GNSS信号盲区或复杂环境（战场等具有电子干扰因素的地方）提供持续，可靠，连续的导航定位服务。 　　（2）民用市场的巨大潜力将使惯性导航向小型化，低成本，多模式方向发展，例如车载惯性导航系统，移动端惯性导航系统。 　　（3）组合导航系统的进一步发展，增加导航系统自身的集成度，能够与GNSS更好地协调组合，提供稳定，可靠，高精度导航服务，发挥各自优势。 　　（4）采用新工艺，新材料的陀螺仪，加速度计将推动惯性导航系统性能进一步提高。 　　五、结束语 　　作为唯一的全自主导航系统，惯性导航系统有着其他系统不可比拟的优势，使得对惯性导航系统的研究具有很高的价值。与此同时，惯性导航系统在军事，民用领域的利用也将越来越广泛，在未来以组合导航为基础的导航系统将使得惯性导航系统和GNSS的优势能够得到更加充分的发挥。 　　参考文献： 　　[1]秦永元.惯性导航[M].科学出版社， 2006.
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xzbu发布此信息目的在于传播更多信息，与本网站立场无关。xzbu不保证该信息（包括但不限于文字、数据及图表）准确性、真实性、完整性等。惯性导航 听着不靠谱，实际高大上
今天我自驾出游经过一处荒凉的隧道，车载导航系统突然大喊道：“GPS信号丢失，已转入惯性导航!”惯性导航是个什么鬼?听起来很不靠谱的样子!荒郊野外的，该不会把我导到沟里去吧!
这个问题看起来好高深的样子，包包也不知道啥叫惯性导航……不过，包包找到了专门研究导航制导与控制的北京理工大学宇航学院副教授杜小菁，让杜老师给咱们解答一下。
车载导航系统遇到GPS卫星信号丢失的情况，并不罕见。GPS目前在全球部署了24颗导航卫星，接收机至少要接收到其中4颗卫星发出的信号才能做出定位。所以当遇到建筑物、茂密树木、金属物等的遮蔽时，GPS就会出现无法搜星定位的情况。
这时，有的车载导航系统就会自动切换到惯性导航模式。什么是惯性导航呢?我们拿空间中的运动体比如飞机来说。飞机的运动可以描述成两类，一是质心(指物质系统上被认为质量集中于此的一个假想点)的移动，也称为线运动，相关联的导航参数有飞行速度、位置等;另一类是飞机绕质心的转动，也称为角运动，相应的导航参数有飞机的姿态角和航向角等。惯性导航，是利用陀螺仪和加速度计这两种惯性器件，去分别测出飞机相对于惯性空间的角运动信息和线运动信息，并在给定初始条件下，由计算机推算出飞机的姿态、航向、速度、位置等导航参数的自主式导航方法。牛顿力学定律是惯性导航的理论基础。
现代比较常见的几种导航技术，包括天文导航、惯性导航、卫星导航、无线电导航等等，其中，只有惯性导航是自主的，既不向外界辐射东西，也不用看天空中的恒星或接收外部的信号，它的隐蔽性是最好的。
惯性导航，并不像大家所认为的那样“不靠谱”，像国家的很多战略、战术武器，再如洲际飞行的民航飞机等，都必须依赖惯性导航系统或者惯导系统和其他类型的导航系统的组合。它的造价也比较昂贵，像一台导航级(即1小时误差1海里)的惯导系统，至少要几十万，而这种精度的导航系统已足够配备在波音747这样的飞机上了。现在，随着MEMS(微电子机械系统)惯性器件技术的进步，商业级、消费品级的惯性导航才逐渐走进寻常百姓家。
看来，惯性导航是非常靠谱的技术。自驾游达人，你的爱车配备了惯性导航系统，说明这车很高级呢!
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