惯性导航系统(INS)是一种自主式的导航设备,能连续、实时地提供载体位置、姿态、速度等信息,并且不依赖外界信息,不受气候条件和外部各种干扰因素。
惯性导航及控制系统最初主要为航空航天、地面及海上军事用户所应用,是现代 系统的核心技术产品,被广泛应用于飞机、导弹、舰船、潜艇、坦克等 领域。随着成本的降低和需求的增长,惯性导航技术已扩展到资源勘测、地球物理测量、海洋探测、铁路、隧道等商用领域,甚至在机器人、摄像机、儿童玩具中也被广泛应用。
即使在卫星导航大规模应用的今天,惯性导航仍具有不可替代性。惯导不接受卫星信号,也不向外辐射能量,因此隐蔽性、抗干扰性较强;惯导输出物体运动的姿态信息,而卫星导航无法跟踪姿态;惯性导航的频率大于卫星导航,可携带更多信息,适应载体的高速运动;惯导+卫星的组合导航优劣互补、已大规模应用。
惯性导航系统是一种自主式的导航方法,它完全依靠载体上的设备自主地 确定载体的航向、位置、姿态和速度等导航参数,而不需要借助外界任何的光、电、磁等信息。
惯性导航是一门涉及精密机械、计算机技术、微电子、光学、自动控制、材料等多种学科和领域的综合技术。其基本工作原理是以牛顿力学定律为基础,通过测量载体在惯性参考系的加速度、角加速度,将它对时间进行一次积分,求得运动载体的速度、角速度,之后进行二次积分求得运动载体的位置信息,然后将其变换到导航坐标系,得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置信息等。
随着光电技术的进步,加速度计从传统的力平衡式加速度计,发展至功耗较小、组装更为简单的石英加速度计,以及轻量化的MEMS加速度计;陀螺仪则从最初的机械和机电式陀螺发展至光纤、激光陀螺仪、MEMS陀螺仪。MEMS惯性传感器因其价格低、功耗低、体积小的特点,其广泛的应用完全打开了惯导商用和民用市场的空间。
惯导起源于 ,但我们认为其在民商用市场有更加广阔的发展前景,惯导技术在室内导航、智能仓储、智能驾考等领域将发挥举足轻重的作用。随着MEMS应用的拓展和惯导产品在民商用市场的逐步渗透,未来MEMS惯导有望维持快速增长。
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