惯性导航原理

航位推算（Dead-Reckoning）：
惯性导航就属于航位推算，每一步都是在上一步坐标的基础上，推算出来的

缺点：每一步推算都有误差，随过程逐步累加，因此精度发散
优点：独立自主，与绝对定位(如GPS)可互补
转子陀螺：
可基于高速转动的转子陀螺，利用它的定轴性，可测出三个方向姿态角(俯仰、横滚角、航向角)，利用两个轴，可测出四个角度，其中有一个角度是冗余的

1D

惯性导航原理：递推式航位推算
-假设有一小车在水平直线轨道上运动
-在小车上沿运动方向上安装了一只加速度计

2D/3D

2D/3D出现的问题
-由传感器数据获得载体相对于参考坐标系的方
向及其变化的问题。

• 将传感器数据从“相对于惯性坐标系”转换到“相
  对于参考坐标系”。
• 需要补偿地球万有引力（重力）加速度。
  解决策略：
  平台式系统和捷联式系统(目前用得较多)
  (Gimbal vs. Strapdown)

平台式系统

物理平台

• 加速度计敏感轴始终指向东向和北向
• 载体航向的变化由陀螺感知，据此控制稳定平台的
  转动，使其始终跟踪东向和北向
  

捷联式系统

数学平台

• 加速度计和陀螺与载体固联（strapdown）
• 根据陀螺输出更新姿态矩阵，将比力向量投影变换
  至E-N坐标系
  

平台式与捷联式惯导特点对比

惯性导航系统特性

优点

• 完全自主性和高可靠性（军用和航空航天）
• 导航信息丰富
• 动态性能好（采样率高、频带宽）

缺点

• 惯性导航误差随时间累积

由上图可知，初始位置是常值误差，初始速度误差造成的位置误差是随时间一次方发散；而初始姿态角（俯仰角常值误差）常值误差和加速度计误差，是随时间二次方发散；陀螺的零偏误差，造成的位置误差是随时间三次方发散的，这个量的影响是很大的，是一个决定性的误差因素

INS的精度等级

陀螺零偏为核心指标；目前的MEMS可以达到战术级的精度，它的陀螺零偏要求是1-10°每小时，加速度计零偏要求是万分之一g或千分之一g都可以。

典型战术级惯导

下图是一个战术级惯导的指标：

注：对于陀螺零偏，只需要记住0.01deg/h(对应导航级)和1deg/h(对应战术级)即可。

惯性器件的相对测量能力

以导航级惯导的陀螺为例

• 陀螺零偏0.01 deg/hr
• 陀螺量程1000 deg/s = 3600,000 deg/hr
• 相对测量能力= 量程/ 零偏= 3.6x108 ! （非严谨类比：等效于测量武汉—北京距离，精度3mm！）