慣導(dǎo)技術(shù)及其應(yīng)用

慣導(dǎo)技術(shù)及其應(yīng)用2021/5/911、慣導(dǎo)技術(shù)簡(jiǎn)介2、加速計(jì)原理3、陀螺儀原理4、慣導(dǎo)技術(shù)原理小節(jié)5、慣導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用篇6、INS與GPS導(dǎo)航小站2021/5/92慣導(dǎo)技術(shù)簡(jiǎn)介慣性導(dǎo)航，是依據(jù)牛頓慣性原理，利用慣性元件（加速度計(jì)）來(lái)測(cè)量運(yùn)載體本身的加速度，經(jīng)過(guò)積分和運(yùn)算得到速度和位置，從而達(dá)到對(duì)運(yùn)載體導(dǎo)航定位的目的。另一樣重要元件——陀螺儀，在慣性空間中存在定軸性；如果在飛機(jī)上裝上陀螺儀，飛行員就可以通過(guò)軸相對(duì)于機(jī)身的指向來(lái)確定飛機(jī)的空間取向。

石英加速度計(jì)陀螺儀2021/5/93加速度計(jì)的原理簡(jiǎn)介

當(dāng)儀表殼體沿輸入軸作加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，檢測(cè)質(zhì)量因慣性而繞輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，傳感元件將這一轉(zhuǎn)角變換為電信號(hào)，經(jīng)放大后饋送到力矩器構(gòu)成閉環(huán)。力矩器產(chǎn)生的反饋力矩與檢測(cè)質(zhì)量所受到的慣性力矩相平衡。輸送到力矩器中的電信號(hào)（電流的大小或單位時(shí)間內(nèi)脈沖數(shù)）就被用來(lái)度量加速度的大小和方向。液浮式2021/5/94陀螺儀原理高速旋轉(zhuǎn)的陀螺能在細(xì)線或手指上保持平衡，能以非常奇妙的方式抵制自轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)——進(jìn)動(dòng)，這是陀螺儀抵抗重力的表現(xiàn)。如圖右所示，回轉(zhuǎn)的車(chē)輪懸在空中一般情況下，進(jìn)動(dòng)的發(fā)生過(guò)程是：如果有一個(gè)陀螺儀正在旋轉(zhuǎn)，而您施力轉(zhuǎn)動(dòng)它的自轉(zhuǎn)軸，則陀螺儀反而會(huì)圍繞與力軸成直角的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。2021/5/95圖1中，陀螺儀正圍繞自己的軸旋轉(zhuǎn)。圖2中，施力轉(zhuǎn)動(dòng)陀螺儀的自轉(zhuǎn)軸。圖3中，陀螺儀沿著與輸入力方向垂直的軸對(duì)輸入力做出反應(yīng)。2021/5/96向輪軸施力時(shí)，標(biāo)示的兩點(diǎn)會(huì)傾向于朝圖中指示的方向運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)點(diǎn)一邊旋轉(zhuǎn)，一邊繼續(xù)原來(lái)的運(yùn)動(dòng)。2021/5/97如果在一個(gè)平臺(tái)上裝兩個(gè)陀螺儀，并讓它們的軸互成直角，然后把平臺(tái)放入一套平衡環(huán)中，那么無(wú)論平衡環(huán)怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，平臺(tái)都將完全保持穩(wěn)定。這是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理?？偟膩?lái)說(shuō)，進(jìn)動(dòng)效應(yīng)就是一旦開(kāi)始旋轉(zhuǎn)陀螺儀，它的軸就總是試圖指往同一方向。的確，只要將陀螺儀放在一套平衡環(huán)中，它就能持續(xù)指向同一方向。2021/5/98小節(jié)這兩種敏感元件的組合可以使人們掌握物體的逼真準(zhǔn)確的3維空間運(yùn)動(dòng)（姿態(tài)與位置），被廣泛運(yùn)用于飛行器、船舶、車(chē)輛、武器炮彈領(lǐng)域，在人們熟悉的手機(jī)、電腦游戲中也有它的運(yùn)用。如果把加速度計(jì)與陀螺儀分別安裝在x,y,z三個(gè)軸上，加速度計(jì)告訴我們運(yùn)動(dòng)物體的直線運(yùn)動(dòng)情況，陀螺儀告訴我們物體轉(zhuǎn)彎或坡度變化情況。2021/5/99慣導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用篇2021/5/910認(rèn)字手套:揮一揮衣袖,就知道你帶走什么云彩卡爾斯魯厄理工學(xué)院認(rèn)知系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)團(tuán)隊(duì)將普通的針織手套中置入了慣性傳感器、加速計(jì)、陀螺儀等先進(jìn)儀器，一旦有人戴著它在空中比劃某些英文字母、單詞甚至是句子，這套系統(tǒng)都可以輕松識(shí)別出來(lái)。2021/5/911陀螺儀在手機(jī)上的應(yīng)用第一大用途，導(dǎo)航。第二大用途，可以和手機(jī)上的攝像頭配合使用，比如防抖。

第四大用途，各類(lèi)游戲的傳感器。第三大用途，可以用作輸入設(shè)備2021/5/912應(yīng)用水平陀螺儀的功能遙控直升機(jī)慣導(dǎo)就在生活中~2021/5/913慣導(dǎo)（INS）與GPS純慣導(dǎo)系統(tǒng)是很難的，現(xiàn)在應(yīng)用更多的是組合導(dǎo)航系統(tǒng)，比如熱門(mén)的GPS+INS。GPS是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，但在軍事應(yīng)用存在易受干擾、動(dòng)態(tài)環(huán)境中可靠性差以及數(shù)據(jù)輸出頻率低等不足。INS系統(tǒng)能輸出載體的姿態(tài)和位置信息，完全自主，保密性強(qiáng)，并且機(jī)動(dòng)靈活，具備多功能參數(shù)輸出，但是存在誤差隨時(shí)間迅速積累的問(wèn)題，導(dǎo)航精度隨時(shí)間而發(fā)散，不能單獨(dú)長(zhǎng)時(shí)間工作，必須不斷加以校準(zhǔn)。將GPS和INS進(jìn)行組合可以使兩種導(dǎo)航系統(tǒng)取長(zhǎng)補(bǔ)短，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體。(1)GPS/INS組合改善了系統(tǒng)精度高精度的GPS信息可以用來(lái)修正INS，控制其誤差隨時(shí)間的積累。而利用INS短時(shí)間內(nèi)定位精度較高和數(shù)據(jù)采樣率高的特點(diǎn)，可以為GPS提供輔助信息。

2021/5/914(2)GPS/INS組合加強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力當(dāng)GPS信號(hào)受到高強(qiáng)度干擾，或當(dāng)衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，INS系統(tǒng)可以獨(dú)立地進(jìn)行導(dǎo)航定位。(3)GPS向INS接收機(jī)提供有關(guān)的初始位置、初速度等信息在慣性系統(tǒng)中，物體在勻速直線運(yùn)動(dòng)和靜止時(shí)加速度均為0，如何辨別此時(shí)的速度——用GPS。且GPS能夠通過(guò)衛(wèi)星向載體提供多樣的環(huán)境信息。

然而由于美國(guó)對(duì)GPS的壟斷，目前