慣導技術及其應用

慣導技術及其應用2021/5/911、慣導技術簡介2、加速計原理3、陀螺儀原理4、慣導技術原理小節(jié)5、慣導技術應用篇6、INS與GPS導航小站2021/5/92慣導技術簡介慣性導航，是依據(jù)牛頓慣性原理，利用慣性元件（加速度計）來測量運載體本身的加速度，經(jīng)過積分和運算得到速度和位置，從而達到對運載體導航定位的目的。另一樣重要元件——陀螺儀，在慣性空間中存在定軸性；如果在飛機上裝上陀螺儀，飛行員就可以通過軸相對于機身的指向來確定飛機的空間取向。

石英加速度計陀螺儀2021/5/93加速度計的原理簡介

當儀表殼體沿輸入軸作加速運動時，檢測質(zhì)量因慣性而繞輸出軸轉動，傳感元件將這一轉角變換為電信號，經(jīng)放大后饋送到力矩器構成閉環(huán)。力矩器產(chǎn)生的反饋力矩與檢測質(zhì)量所受到的慣性力矩相平衡。輸送到力矩器中的電信號（電流的大小或單位時間內(nèi)脈沖數(shù)）就被用來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的陀螺能在細線或手指上保持平衡，能以非常奇妙的方式抵制自轉軸的運動——進動，這是陀螺儀抵抗重力的表現(xiàn)。如圖右所示，回轉的車輪懸在空中一般情況下，進動的發(fā)生過程是：如果有一個陀螺儀正在旋轉，而您施力轉動它的自轉軸，則陀螺儀反而會圍繞與力軸成直角的軸轉動。2021/5/95圖1中，陀螺儀正圍繞自己的軸旋轉。圖2中，施力轉動陀螺儀的自轉軸。圖3中，陀螺儀沿著與輸入力方向垂直的軸對輸入力做出反應。2021/5/96向輪軸施力時，標示的兩點會傾向于朝圖中指示的方向運動。兩個點一邊旋轉，一邊繼續(xù)原來的運動。2021/5/97如果在一個平臺上裝兩個陀螺儀，并讓它們的軸互成直角，然后把平臺放入一套平衡環(huán)中，那么無論平衡環(huán)怎樣轉動，平臺都將完全保持穩(wěn)定。這是慣性導航系統(tǒng)的基本原理?？偟膩碚f，進動效應就是一旦開始旋轉陀螺儀，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確的3維空間運動（姿態(tài)與位置），被廣泛運用于飛行器、船舶、車輛、武器炮彈領域，在人們熟悉的手機、電腦游戲中也有它的運用。如果把加速度計與陀螺儀分別安裝在x,y,z三個軸上，加速度計告訴我們運動物體的直線運動情況，陀螺儀告訴我們物體轉彎或坡度變化情況。2021/5/99慣導技術應用篇2021/5/910認字手套:揮一揮衣袖,就知道你帶走什么云彩卡爾斯魯厄理工學院認知系統(tǒng)實驗室的一個團隊將普通的針織手套中置入了慣性傳感器、加速計、陀螺儀等先進儀器，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)都可以輕松識別出來。2021/5/911陀螺儀在手機上的應用第一大用途，導航。第二大用途，可以和手機上的攝像頭配合使用，比如防抖。

第四大用途，各類游戲的傳感器。第三大用途，可以用作輸入設備2021/5/912應用水平陀螺儀的功能遙控直升機慣導就在生活中~2021/5/913慣導（INS）與GPS純慣導系統(tǒng)是很難的，現(xiàn)在應用更多的是組合導航系統(tǒng)，比如熱門的GPS+INS。GPS是當前應用最為廣泛的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，但在軍事應用存在易受干擾、動態(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，并且機動靈活，具備多功能參數(shù)輸出，但是存在誤差隨時間迅速積累的問題，導航精度隨時間而發(fā)散，不能單獨長時間工作，必須不斷加以校準。將GPS和INS進行組合可以使兩種導航系統(tǒng)取長補短，構成一個有機的整體。(1)GPS/INS組合改善了系統(tǒng)精度高精度的GPS信息可以用來修正INS，控制其誤差隨時間的積累。而利用INS短時間內(nèi)定位精度較高和數(shù)據(jù)采樣率高的特點，可以為GPS提供輔助信息。

2021/5/914(2)GPS/INS組合加強了系統(tǒng)的抗干擾能力當GPS信號受到高強度干擾，或當衛(wèi)星系統(tǒng)接收機出現(xiàn)故障時，INS系統(tǒng)可以獨立地進行導航定位。(3)GPS向INS接收機提供有關的初始位置、初速度等信息在慣性系統(tǒng)中，物體在勻速直線運動和靜止時加速度均為0，如何辨別此時的速度——用GPS。且GPS能夠通過衛(wèi)星向載體提供多樣的環(huán)境信息。

然而由于美國對GPS的壟斷，目前