捷联式惯性导航基础知识（一）

捷联式惯性导航系统设计

1.什么是导航？什么是惯性导航？惯性导航的基本思想是什么？惯性导航技术都有哪些应用？

答：导航：引导控制运动载体（如飞机、火箭、舰船、潜艇、卫星等）按照给定路线运动的理论和实践。一般也可理解为解决航行问题，即确定运动载体当前的位置坐标。

惯性导航：利用载体上的加速度计、陀螺仪这两种惯性元件，去分别测出飞机相对于惯性空间的角运动信息和线运动信息，并在给定初始条件下，由计算机推算出飞机的姿态、航向、速度、位置等导航参数的自主式导航方法。组成惯性导航系统的设备都安装在运载体内，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰，是一种自主式导航系统。

现代比较常见的几种导航技术，包括天文导航、惯性导航、卫星导航、无线电导航等等，其中，只有惯性导航是自主的，既不向外界辐射东西，也不用看天空中的恒星或接收外部的信号，它的隐蔽性是最好的。

惯性导航的思想：对测得的加速度进行二次积分，得到位置坐标。

应用：导弹、轰炸机、核潜艇

2、为什么是测加速度而不是测作用在载体上的外力？

答：是由于比如运动载体是舰船，则作用在其上的外力有推进装置产生的推力、运动阻力及不能准确描述的各种干扰力。那么测量作用在物体上的外力就十分困难，所以测量加速度是合理的。

3、惯性导航系统的分类？

答：平台式惯性导航系统、捷联式惯性导航系统(Strap-downInertial Navigation System，简写 SINS)（重点）

平台式惯导：三轴陀螺稳定平台，加速度计固定在平台上，其敏感轴与平台轴平行，平台的三根稳定轴模拟一种导航坐标系。结构复杂，体积大，制作成本高。

捷联式惯导：无稳定平台，加速度计和陀螺仪直接安装在载体上，在计算机中实时计算姿态矩阵(姿态更新解算)，即计算出载体坐标系与导航坐标系之间的关系，从而把载体坐标系的加速度计信息转换为导航坐标系下的信息，然后进行导航计算。可靠性高、功能强、重量轻、成本低、精度高以及使用灵活等优点，使得 SINS 已经成为当今惯性导航系统发展的主流。

姿态更新解算是捷联惯导的关键算法，传统的姿态更新算法有欧拉角法、方向余弦法和四元数法，其中四元数法算法简单、计算量小，因而在工程实际中常采用。

4、捷联式惯导系统的设计方案有哪些？

5、利用加速度计和陀螺仪传感器设计的捷联惯导系统

答：明确两个概念：地理坐标系:OXgYgZg (把坐标系放在地心)

载体坐标系：OXYZ（依载体为中心）