慣性導航系統：導航不再非衛(wèi)星不可

1、慣性導航系統：導航不再非衛(wèi)星不可更新時間：2014-2-11資訊：馮培德院士暢談我國航空慣性導航發(fā)展美研發(fā)授時慣性測量裝置，應對gps衛(wèi)星失效美軍所研制的慣性導航系統 欲代替gps面臨兩大難題美國軍方出臺慣性導航系統應對gps干擾法慣性導航系統服務英航母問答：什么是慣性導航系統？ 慣性導航系統（ins，inertial navigation system）也稱作慣性參考系統，是一種不依賴于外部信息、也不向外部輻射能量（如無線電導航那樣）的自主式導航系統。其工作環(huán)境不僅包括空中、地面，還可以在水下。慣性導航的基本工作原理是以牛頓力學定律為基礎，通過測量載體在慣性參考系的加速度，將它對時間進行積分

2、，且把它變換到導航坐標系中，就能夠得到在導航坐標系中的速度、偏航角和位置等信息。慣性導航系統有哪些優(yōu)點？ 慣性導航系統有如下優(yōu)點：1、由于它是不依賴于任何外部信息，也不向外部輻射能量的自主式系統，故隱蔽性好，也不受外界電磁干擾的影響；2、可全天候、全時間地工作于空中、地球表面乃至水下；3、能提供位置、速度、航向和姿態(tài)角數據，所產生的導航信息連續(xù)性好而且噪聲低；4、數據更新率高、短期精度和穩(wěn)定性好。慣性導航系統有什么缺點？ 其缺點是：1、由于導航信息經過積分而產生，定位誤差隨時間而增大，長期精度差；2、每次使用之前需要較長的初始對準時間；3、設備的價格較昂貴；4、不能給出時間信息。慣性導航系統的

3、工作原理是什么？ 慣性導航系統屬于推算導航方式，即從一已知點的位置根據連續(xù)測得的運動體航向角和速度推算出其下一點的位置，因而可連續(xù)測出運動體的當前位置。慣性導航系統中的陀螺儀用來形成一個導航坐標系，使加速度計的測量軸穩(wěn)定在該坐標系中，并給出航向和姿態(tài)角；加速度計用來測量運動體的加速度，經過對時間的一次積分得到速度，速度再經過對時間的一次積分即可得到距離有沒有什么好的慣性導航書籍可供學習？ 1.strapdown inertial navigation technology， david h. titterton and john l. weston, 慣導經典書籍。2.applied math

4、ematics in integrated navigation systems， 詳細的誤差方程推導，初始對準的方法也很有借鑒意義。 附有simulink的仿真。將gps和慣性導航技術相結合有什么優(yōu)點？ 這種組合，充分發(fā)揮了兩個系統的優(yōu)點，單天線gps不能提供姿態(tài)信息，而慣導系統可以，gps的輸出頻率一般低于20hz，但是慣導系統的輸出頻率一般大于50hz, 所以在動態(tài)較高的應用中，慣導提供了更多的信息。另外在gps系統出現故障的情況下，比如在城市環(huán)境中，gps信號受遮擋，不能提供位置和速度信息的時候，慣導系統依然能夠在一定時間bridge這個gps gap。 同時由于慣導系統的誤差是積累的

5、，所以單獨的慣導系統不能夠長時間工作，否則解算的結果會飄的很嚴重，gps的誤差是不積累的，可以用于校正慣導系統的誤差。慣性導航技術的理論技術是什么？ 慣性導航系統的工作機理是建立在牛頓經典力學的基礎上的。牛頓定律告訴人們：一個物體如果沒有外力作用，將保持靜止或勻速直線運動；而且，物體的加速度正比于作用在物體上的外力。如果能夠測量得到加速度，那么通過加速度對時間的連續(xù)數學積分就可計算得到物體的速度和位置的變化。慣性導航技術的特點是什么？ 不同于其他類型的導航系統，慣性導航系統是完全自主的，它既不向外部發(fā)射信號，也不從外部接收信號。慣性導航系統必須精確地知道在導航起始時運載體的位置，慣性測量值用來

6、估算在啟動之后所發(fā)生的位置變化除了改進慣導系統中的陀螺儀等設備，還有沒有其它辦法解決慣性導航長時間工作的精度問題？組合導航可以解決這一問題。比如說與慣導組合，可以準確提供飛機經、緯度和地速信息，而且它不隨時間增加誤差，由這些值同慣導輸出的相應值進行比較，并對慣導進行校正，消除慣導的積累誤差，使其達到接近的精度。而一旦失鎖，失去信號時，可以依靠慣導自主導航。此時，慣導的積累誤差也僅僅是從失鎖時算起，而不是通常的按起飛時算起，顯然可以大大改善慣導精度。與國外同類設備相比，國產慣性導航設備現在是什么樣的水平？ 像慣導這樣的高技術產品，我們與國外的差距有十年左右。美國九十年代就開始淘汰撓性陀螺慣導系統

7、，我們現在還在大量使用；國外的激光陀螺技術已經實用，尤其是美國，現役的飛機幾乎全部裝備或者正在換裝激光陀螺慣導系統，而我們到這一步還得幾年時間。飛行器慣性導航系統是安裝在飛行器上測的還是由觀測站接收測的？ 慣性導航系統（ins，以下簡稱慣導）是一種不依賴于外部信息、也不向外部輻射能量的自主式導航系統。由此可見，慣性導航系統是安裝在運動物體（如飛行器）上的，它不能安裝在地面上，與地面沒有關系。ins（慣性導航系統）與 imu（慣性測量裝置）有什么區(qū)別? 定位（gps)就是告訴你，你現在在哪。導航就是告訴你，如何到你想要到的位置。慣性導航你可以簡單的理解成依靠慣性器件（陀螺、加速度計等）的原始數據

8、加上固定的算法來輸出你先要的信息，如位置，載體姿態(tài)，實時運動速度等。imu就是慣性測量單元，它主要由慣性器件組成（陀螺、加速度計等），輸出最原始的數據，如加速度、角速度等等，但是無法給出位置、姿態(tài)等信息。所以ins實際上可以簡單的理解成由算法和imu共同構成的。除了導航儀之外，慣性導航可以用在哪些民用領域？ 慣性測量的兩個主要傳感器陀螺儀和加速度計，一個測量角速度，一個測量加速度。那么用來測量角速度的地方肯定可以用到，用來測量加速度、速度和位移的地方也可以用到。慣性導航現在主要用的地方還是軍工，因為高精度的實在太貴了，一般民用的很難承受。但是隨著計算機技術和材料的發(fā)展，現在有光纖陀螺和微機械慣

9、導，這些都是低成本的，完全可以用在民用車輛，或者一些小型無人機上和小型機器人上。精確制導航彈可以很大角度脫離飛機投放的慣性航線角度嗎?還是只是在一定程度是轉向修正角度,主要方向還是靠飛機的投放慣性角度的?一般的精確制導航彈根據傳感器反饋回來的數據做為原始資料在經過計算來修正方向舵，和導彈的原理差不多，只是無動力和組件不同，在一定程度上能夠擺脫慣性導航的方向做精確調整。但是有些航彈帶有飛翔或滑翔組件，這就為大角度偏離提供了方案，飛機在選擇投放的區(qū)域會更大卡爾曼濾波器在gps/ins組合導航系統中的功能？ 卡爾曼濾波器在組合導航系統的實現中有著卓有成效的應用。在組合導航系統中應用卡爾曼濾波技術，即

10、在導航系統某些測量輸出量的基礎上，利用卡爾曼濾波去估計系統的各種誤差狀態(tài)，并用誤差狀態(tài)的估計值去校正系統，以達到系統組合的目的。例如，根據gps定位數據利用卡爾曼濾波去估計系統的誤差，然后用誤差去校正系統。文庫：fpga的慣性導航系統設計及實現.pdf設計并完成了基于fpga的低成本mems捷聯慣性導航系統。導航系統以fpga作為主控制器進行實時數據采集和通信，以niosii軟核處理器進行慣性傳感器的數據采集和處理。描述了系統的總體結構和利用六位置法爭轉臺實驗對慣性器件進行了補償算法的研究。通過六位置法和轉臺實驗的測試，對應原理樣機的實測數據與補償后的結果，驗征了慣 gps輔助慣性導航系統的可

11、觀測性分析.pdf本文研究全球定位系統（gps）的捷聯式慣性導航系統的可觀測性屬性?？捎^測性分析基于導航方程中的非線性誤差動力學模型，導航方程由以地球為中心的地固框架（ecef）的松耦合和緊耦合兩種形態(tài)構成。導航系統的位置和速度測量值由多個安裝在裝置上的gps接收器天線獲得，考慮采用多個移動gps天線，是由于gps天線之間的桿臂在裝置的慣性導航系統可觀測度研究.pdf線性系統的可觀測性是狀態(tài)估計的基礎，通過可觀測性矩陣分析系統的可觀測性只能得出系統是否完全可觀測，而不能對每一個狀態(tài)的可觀測性進行衡量。對不完全可觀測系統，為使每一個狀態(tài)的可觀測性有一個量度，人們提出了可觀測度的概念。論文分析了三

12、種常用的可觀測度定義方法，指出了它們的不足和局限性，并用兩種新的方法從根本上分析了慣性導航慣性導航系統的精度測試方法.pdf介紹一種測試慣性導航系統精度的方法，包括對位置、航向、橫滾、俯仰以及速度等5 個導航參數的精度測試。慣性導航系統中加速度計標定方案設計與研究.pdf本文主要基于車載筒裝導彈基礎之上，對捷聯慣性導航系統的加速度計標定方法和誤差機理進行了研究。首先，對慣性導航系統加速度計誤差機理進行分析，提出了加速度計的標定補償方案，以車載作為激勵方式，設計了不開箱加速度計標定方法，該方法能夠對誤差進行補償來提高關系導航系統的精度。 gpsins組合導航系統.pdf文中首先闡述了國內外組合導

13、航技術的發(fā)展現狀，并對捷聯慣導、gpssins組合系統導航原理進行了研究，然后結合實際項目選用了基于位置、速度的組合導航方式，推導了系統的狀態(tài)方程和量測方程，實現了系統的反饋校正。為了驗證算法的正確性與適用性，使用c+語言編寫了gpssins組合導航數字仿真系統，仿真了載體在不同飛行狀態(tài) gpssins組合導航系統應用研究.pdf文中首先闡述了國內外組合導航技術的發(fā)展現狀，并對捷聯慣導、gpssins組合系統導航原理進行了研究，然后結合實際項目選用了基于位置、速度的組合導航方式，推導了系統的狀態(tài)方程和量測方程，實現了系統的反饋校正。為了驗證算法的正確性與適用性，使用c+語言編寫了gpssins

14、組合導航數字仿真系統，仿真了載體在不同飛行狀態(tài)ins/gps導航系統姿態(tài)修正算法研究.pdf針對常規(guī)慣性導航系統中姿態(tài)解算精度隨時間的積累誤差快速增長的特點，文章分析了慣導系統中慣性器件和系統的誤差傳播特性，并對誤差模型進行簡化，設計卡爾曼濾波器實現對ins 解算信息和gps信息的修正。以300hz 為ins 捷聯解算周期，航姿儀位置速度輸出以20hz 為卡爾曼濾波周期進行算法驗證，驗證結果表明，該算法能較好 pf-ehf算法在慣導非線性初始對準中的應用.pdf粒子濾波(pf)是解決非線性、非高斯估計問題的重要方法，是用粒子及其權重來表示后驗概率密度。隨機粒子建議密度的選取至關重要，決定著濾波

15、性能。對擴展日。粒子濾波算法(pfehf)進行研究，并應用于慣導系統非線性初始對準的狀態(tài)估計。pfehf算法是以擴展h。濾波(ehf)作為建議密度的新型粒子濾波算法，它便于利用最新的 sins/gps/cns 組合導航聯邦濾波算法.pdf針對飛行器在長航時高速巡航過程中，捷聯慣性導航系統存在誤差漂移，gps 導航可能會丟星、信號失鎖，天文導航系統易受環(huán)境干擾，組合系統模型線性化誤差易導致濾波發(fā)散等問題，分析了三種導航系統的優(yōu)缺點，提出了sins/gps/cns 組合導航聯邦濾波算法，該算法可以取長補短，巧妙地將gps 定位和天文導航定姿精度高的優(yōu)勢輔助 慣導系統高精度動態(tài)對準技術研究.pdf慣

16、性導航初始對準技術是慣性導航的關鍵技術之一，而動態(tài)對準技術可以增強慣導系統的環(huán)境適應性。就gps位置信息輔助下的慣性導航系統高精度動態(tài)對準技術進行研究。首先構建了15狀態(tài)的kalman濾波器，分析驗證了kalman濾波參數對于對準精度和對準速度的影響，在一定范圍內，適-3調整濾波參數，可以較好地改善濾波性能；然后在 航跡推算中卡爾曼濾波算法研究.pdf本文利用慣性導航系統中的加速度計與陀螺儀結合的方式，在此的基礎上，提出了一種航跡推算算法，并用實測數據進行了驗證，將測試結果與gps和etk進行了比較，結果驗證了此算法的有效性及可靠性。 灰色理論在加速度計安裝誤差標定中的應用.pdf無陀螺捷聯慣

17、性導航系統克服了傳統慣性導航系統的一些特點，為特殊環(huán)境下載體的導航提供了一個有效的導航手段。在無陀螺慣性導航系統中加速度計的安裝誤差是系統的主要誤差源，如何標定和補償安裝誤差是取得高精度導航結果的前提。本文把灰色理論應用到加速度計安裝誤差的標定與補償中通過算例可以看出通過灰色理論對加速度計安裝誤差補償機載sar的定位誤差分析與計算.pdf對目標進行定位是合成孔徑雷達的一項重要功能。文章主要分析了由慣性導航系統引入的未知誤差對機載合成孔徑雷達定位精度的影響問題：首先建立sap。目標定位幾何模型。然后從成像的角度分析慣導系統引入的誤差對定位精度的影響，推導了定位誤差的數學表達式，為sap。系統定位精度指標設計提供了理論基礎。 航跡推算中卡爾曼濾波算法研究.pdf本文利用慣性導航系統中的加速度計與陀螺儀結合的方式，在此的基礎上，提出了一種航跡推算算法，并用實測數據進行了驗證，將測試結果與gps和etk進行了比較，結果驗證了此算法的有效性及可靠性。 灰色理論在加速度計安裝誤差標定中的應用.pdf無陀螺捷聯慣性導航系統克服了傳統慣性導航系統的一些特點，為特殊環(huán)境下載體的導航提供了