(1)概念:INS全称:Inertial Navigation System(惯性导航系统\惯性系统\惯性导航);
工作机理:建立在牛顿力学的基础上,牛顿定律告诉人们,一个物体没有外力影响下,会保持静止或匀速直线运动;而且物体的加速度正比于作用在物体上的外力,若测量得到加速度(acceleration),对其积分,就可以得到物体的速度与位置变化。
(2)原理:加速度计:一种测量物体运动加速度的仪表。一个惯性导航系统有3个加速度计,每个加速度计可以敏感探测一个方向上的加速度,一般3个敏感方向互相垂直。为了按照惯性参考坐标系导航,必须对加速度计的指向进行跟踪。用陀螺仪可以敏感载体相对于惯性参考坐标系的旋转运动,这样就可以测定加速度计在所有时刻的指向。有了这些信息,就可以将加速度分解到参考坐标系,后进行积分。
(3)定义:惯性导航系统:一种利用安装在运载体上的陀螺仪和加速度计来测定运载体位置的一个系统。通过陀螺仪和加速度计的测量数据,可以确定运载体在惯性参考坐标系中的运动,同时也能够计算出运载体在惯性参考坐标系中的位置。
注:惯性导航系统是完全自主的,它既不向外界发射信号,也不从外界接受信号。惯性导航系统必须精确地知道在导航起始时运载体的位置,惯性测量值用来估算在启动之后所发生的位置变化。
(4)有关INS的其他定义:惯性导航系统以陀螺仪和加速度计为敏感器件的导航参数解算系统,该系统根据陀螺的输出建立导航坐标系,根据加速度计输出解算出运载体在导航坐标系中的位置和速度。
惯性参考系的加速度,将它对时间进行一次积分,且把它变换到导航坐标系中,就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角(Yaw)、位置等信息。
已知点的位置根据连续测得的运动体航向角和速度来推算出下一点的位置,因而可以连续测出运动体的当前位置。惯性导航系统的陀螺仪(gyroscope)用来形成一个导航坐标系,使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中,并给出航向和姿态角;加速度计用来测量运动体的加速度,经过对时间的一次积分得到速度,经过二次积分得到距离。
INS优点:不依赖任何外部信息,也不想外界辐射能量,所以隐蔽性好,也不受外界电磁干扰的影响;可以全天工作于空中、地面和水下;提供位置、速度、航向、姿态角等数据,所产生的导航信息连续性好而且噪声低;数据更新率高、短期精度和稳定性好。
INS缺点:由于导航信息经过积分产生,所以定位误差随时间增大,长期精度差;
每次使用之前需要较长时间的初始对准时间;
设备的价格昂贵且不能给出时间信息