惯性导航原理基于牛顿的惯性定律，所以惯性导航可以理解是利用加速度计测量出物体的加速度，然后乘以时间得到速度，然后再乘以时间就得到位移，从而确定物体的位置。另一方面，用陀螺仪测量物体的角速度，然后乘以时间得到角度，从而确定物体的朝向。

惯性导航系统有着以下优点：

隐蔽性好，因为它不向外发射信号，也不接收外部信号，所以不容易被发现；

全天候，惯导系统不需要特定的时间或者地理因素，随时随地都可以运行；

提供的参数多，比如GPS卫星导航，只能给出位置，方向，速度信息，但是惯导同时还能提供姿态和航向信息；

导航信息更新速率高，目前常见的GPS更新速率为每秒1次，但是惯导可以达到每秒几百次更新甚至更高。

但是惯性导航由于其积分式的运算方式，存在以下缺点：

需要初始对准，且对准复杂，对准时间较长，如果没有给定准确地初始位置等信息，计算误差只会越来越大；

导航误差随时间发散，因为是积分式（累加）运算，所以再小的误差，随着时间的累计，误差也会越来越大；

价格昂贵，当然这个说的是很精准的惯导系统，通常造价在几十到几百万之间。

那么，惯性导航原理是怎么工作的呢？

假设三轴加速度计，x轴一直指向东方，y轴一直指向北方，z轴一直指向天上，那么惯性导航的任务就变得特别简单，x轴方向上加速度的积分，就是经度的变化率，y轴方向上加速度的积分，就是纬度的变化率，z轴方向上加速度的积分，就是高度的变化率。有了经纬度的变化率以及经纬度的初始值，我们就很容易能够求得物理当前所在的位置。

这样看来，如果不关注物体的朝向，只用加速度计就能实现惯性导航。然而实际上，我们还必须借助陀螺仪，最简单的原因就是，你如何不借助陀螺仪就能让三轴加速度计x，y，z三个轴的指向一直保持东，北和天呢？

根据上面的原理想法分析，人们就设计出了一款平台式惯性导航系统（GINS）。这个系统说简单点，就是设计了一个会自动调节的惯性平台，不管物体怎么转动，平台能始终保持姿态不变。

这个惯性平台需要借助陀螺仪来实现。平台式惯性导航原理图如下：

首先，加速度计测量加速度，传送到导航计算机中，导航计算机中解算分离出有害加速度，有害加速度包括运载体相对地球运动和地球旋转引起的加速度，运载体在地球表面圆周运动的向心加速度，以及重力加速度等。导航计算机根据加速度解算出指令角速度，反馈给陀螺仪，用来补偿地球转动引起的陀螺自转轴的表观运动。然后陀螺仪输出角速度，通过修正回路修正后，输出平台施矩给惯性平台，惯性平台以此调整自己的姿态，并将自己的姿态参数传送给导航计算机，然后导航计算机最终计算出运载体的速度和位置以及姿态和航向。

根据测量的数值（加速度计和陀螺仪）调节惯性平台，实现加速度计和角运动的隔离，再利用加速度积分求解速度甚至是位置。由于惯性平台的调节是靠硬件实现的，所以，整个系统相对于后面所说的捷联式惯导而言，计算量是非常小的。

在平台式惯导系统中，惯性平台是很关键的元件，它主要有以下作用：

为加速度计提供测量基准，不管怎样运动，加速度计的三个轴指向是不会变的；

隔离运载体角运动的干扰，由于平台是稳定的，运载体角运动不会影响到加速度的测量；

测量姿态航向，运载体相对于惯性平台的偏角，反映出了运载体的航向和姿态。

但是，由于惯性平台的引入，这就导致了平台式惯导系统的缺点：结构复杂，体积大，制作成本高，维护困难。实际上，平台式惯导系统是早期惯性导航的产物，当时，计算机计算速度远没有现在这么快，从而限制了惯导系统的实现方法，只能使用平台式惯导系统。但是到了20世纪90年代，美国 方面已经90%以上都替换成了捷联式惯导系统了。

什么是捷联式惯性导航系统（SINS）呢？就是陀螺仪和加速度计都直接固定在运载体上，运载体怎么运动，陀螺仪和加速度计就怎么运动。这个系统结构上非常简单，但是会引入几个问题。

首先，如果在飞机上做惯性导航，由于飞机的角运动速度可以达到每秒400度以上，这就要求了陀螺仪的测量量程要非常大，这在早期的机械陀螺仪上是很难实现的，后来引入了激光陀螺仪之后，这个问题才得到解决。

此外，由于加速度计三轴的指向任意，需要将加速度值变换到之前说的东北天的坐标系中，才能准确地计算出物体的位置。这个过程，计算量是非常大的，早期的计算机很难承载这么大的计算量，从而导致早期的捷联式惯导实时性很难保证。

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