惯性导航系统在现今的日常生活中并不陌生,小至私家车,大到宇宙飞船都需要用到它。惯性导航系统是指惯性测量元件(陀螺、加速度计)测量载体相对惯性空间的角运动参数和线运动参数,在给定运动初始条件下,经导航解算得到载体速度、位置及姿态和航向的一种导航方法。从最初的火箭制导的军事应用到如今生活导航的普及,惯性导航系统将一直随着新型的发展走下去。
惯性导航系统的基本原理
通过惯性导航系统的定义我们可以知道,它的运算过程涉及到给定的初始条件,并且通过多步推导可以得到多个参数,而积分运算正是符合这种运算结构的。惯性导航系统的测量元件(陀螺、加速度计)测得的是运载体的角速度和加速度。角速度通过积分运算可以得到角位移,从而确定角度大小;加速度通过积分运算可以得到线速度,然后再次积分可以得到位移。此时,运载体的位置、速度、方位三大信息就得到了。
惯性导航系统的主要应用领域
惯性导航系统在船舰导航、陆地导航、航空导航、航天导航四大导航领域中均有应用,因此可是说是全方位覆盖的导航。在船舰导航中,主要应用是船舶导航系统,主要测量的船舶的航行角,确保行驶在正确的航线上。陆地导航则是装载在私家车上,结合GPS导航系统为汽车行驶导航。航空导航主要是用于飞机导航。因为空中缺乏参照物,因此飞机的航线主要是依据导航系统来确定的,并且精度的要求较高。航天导航则是装载在卫星、宇宙飞船等航天器上,这类惯性导航系统的精度要求更高,且更加稳定。
此外,在军事领域的应用是另一个重要方向。从最初的火箭制导导航到如今各类军事设备正常运行的导航,惯性导航系统一直是必不可少的一部分。如今军事领域的惯性导航系统精度要求更高、灵敏度要求更高、可持续性要求更高。
惯性导航系统的未来发展
惯性导航系统经历了平台式导航系统、捷联式导航系统及组合导航系统三个历程。组合导航系统作为如今和未来的发展重电,它具有自主、隐蔽、全时空、全天候、免维护、精度高等诸多优点。组合导航系统不仅应用到惯性导航系统,还涉及到GPS定位技术、航姿参考系统等技术,让惯性导航系统更加便捷,更加稳定。
另外一个发展点就是原子陀螺的研究,这个在美国的研究室已经取得成功,相信未来不久,原子陀螺将会成为新一代的测量角速度的器件,而惯性导航系统的性能将会有一个更大的提升,将衍生出超高精度的导航系统,为我们生活提供更多的便利与快捷。
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