惯性导航系统792744037

1、目录1.惯性导航系统的概念22.惯导系统的发展历史及发展趋势3惯性导航系统的发展3我国的惯性导航系统5捷联惯导系统现状及发展趋势63.惯性导航系统的组成104、惯性导航系统的工作原理145、惯性导航系统的功能186、惯性导航系统的服务模式与应用模式207、惯性导航系统当前的应用情况218、惯性导航系统的特点23系统的主要优点23系统的主要缺点249、惯性导航系统给我们的启示24惯性导航系统一、 惯性导航系统的概念什么是惯性导航或惯性制导呢?惯性导航系统（ins）是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。在给定的运动初始条件（初始地理坐标和初始速度）下，利用惯性敏感元件测量飞机

2、相对惯性空间的线运动和角运动参数，用计算机推算出飞机的速度、位置和姿态等参数，从而引导飞机航行。推算的方法是在运载体上安装加速度计，经过计算(一次积分和二次积分)，从而求得运动轨道(载体的运动速度和距离)，进而进行导航。在运载体上安装加速度计，用它来敏感、测量运载体运动的加速度，经过计算(一次积分和二次积分)，从而求得运动轨道(运载体运动的速度和距离)，并且产生对运载体运动所需要的控制信号，控制运载体按要求弹道运动，称为惯性制导。这就是说，惯性制导是对运载体进行测量和控制，使其沿预定的轨道运动。作为一种自主式的导航方法，惯性导航是完全依靠载体上的设备自主地确定出载体的航向、位置、姿态、和速度等

3、导航参数。并不需要外界任何的光、电、磁参数。因此，惯性导航系统具有隐蔽性好、全天候工作能力等独特优点。对飞行器、舰船和地面移动载体（特别是用于军事目的）等尤为重要。所以在近三十年来，在航空、航天、航海、交通和大地测量中惯性导航系统都得到了广泛的应用。近今年来由于捷联技术在惯导系统中的应用为惯导系统在民用领域中的应用和发展开辟了更广阔的前景。二、 惯导系统的发展历史及发展趋势1、 导航系统的发展1942年德国在v2火箭上首先应用了惯性导航原理，即采用两台陀螺仪和一台横向加速度表，再加上一台模拟计算机来调整火箭飞行的方位。根据测量数据，模拟计算发出信号调整4个位于垂直尾翼上的外部方向舵来控制火箭的

4、飞行。这是闭环导航系统的一个创新。二战结束之后，以冯布劳恩为首的500多名德国火箭科学家，加上他们的设计图纸、实验设备都去了美国，1945年他们在德克萨斯的布利斯空军基地开始了在美国的火箭研制工作，1950年到达了阿拉巴马州的亨茨维尔市，继续从事火箭研究。在50年代早期，美国空军的西部研发中心邀请麻省理工学院(mit)的仪器仪表实验室(即后来的德雷伯实验室)设计一种独立的导航系统，该导航系统将安装在康维尔公司的新一代atlas洲际弹道导弹上，在mit该项目的负责人是吉姆弗莱彻(jim fletcher)，他后来成为nasa的负责人。atlas导航系统当中首先包含了机载自主导航系统与地基跟踪指挥

5、系统。后来这两种导航系统还导致了长期的争论，最后在洲际导弹上主要采用自主导航系统，而在空间探索过程中，则是采用两种导航系统的混合物。1952年夏天，richard battin和j. halcombe laning, jr两位博士开始在ibm 650计算机上进行利用mac语言进行导航计算，直到1958年他们才完成了第一个惯性导航计算模型，而mac语言作为第一种可以人工阅读的计算机语言也在航天方面得到广泛应用，现在的航天飞机上主系统的开发语言hal/s就来自mac语言。1954年，这两位科学家完成了针对atlas惯性导航系统的最初的分析工作，而这个项目的技术负责人walter schweidet

6、zky曾经是冯布劳恩的手下，参与过v2火箭的研制。1954年惯性导航系统在飞机上试飞成功。基本原理是将现在的运行轨迹与预先设置的运行轨迹进行比较，然后调整火箭的姿态保证实际运行轨迹与预先设置的运行轨迹重合，不过由于当时计算机的处理能力和惯性导航系统的测量精度问题，火箭的偏差非常大。后来在三角洲(delta)火箭当中的q系统才真正解决了这个问题。q系统最大的特点是可以利用自导驾驶仪当中的速度与方向信号直接进行计算，获得相关导航参数，该系统是在1956年6月21日首次公诸于众，该系统到现在仍然在导弹当中广泛使用。1958年舡鱼号潜艇依靠惯性导航在北极冰下航行21天，证明了惯性导航不但可以在火箭、飞

7、机上使用，也可以在船舶、潜艇、车辆上使用。1961年2月，nasa委托mit为阿波罗登月计划设计导航系统，而对于航天飞机来说，从航天飞机起飞到固体火箭助推器(srb)分离这个阶段采用开环导航，而固体火箭助推器分析之后，则采用一种叫做peg4的导航系统。peg4实际上是将q系统与delta系统当中的peg导航系统结合在一起，并加上了预测校正功能。虽然在过去30年里航天飞机的导航系统多次升级，并加上了gps导航系统，但是航天飞机与空间探索导航的核心系统还是惯性导航。2、 我国的惯性导航系统我国在惯导研究方面起步相对较晚，西安618所冯培德是研制我国第一套采用液浮惯性器件航空惯性导航系统的主要负责人

8、之一，该系统研制成功，为我国航空惯导发展奠定了基础。但近年来已经取得了长足进步，在军民用的各个领域都发挥了重要作用。在历届航展上，都展出了多种惯性导航装置，从中我们可以看到目前我国在这方面所取得的一些成就。参加展出的多家厂商都展出了各自的惯性导航设备，比如航天时代仪器公司的液浮陀螺平台惯性导航系统、动力调谐陀螺四轴平台系统已相继应用于长征系列运载火箭，其它各类小型化捷联惯导、光纤陀螺惯导、激光陀螺惯导以及匹配gps修正的惯导装置等也已经大量应用于战术制导武器、飞机、舰艇、运载火箭、宇宙飞船等。比如新型陀螺稳定平台应用到最新发射的资源卫星上，显著改善了遥感分辨率和测量精度，漂移率0.01-0.0

9、2度/小时的新型激光陀螺捷联系统已经在新型战机上试飞，漂移率0.05度/小时以下的光纤陀螺、捷联惯导在舰艇、潜艇航海上应用，以及小型化挠性捷联惯导在各类导弹制导武器上的应用，都极大的改善了军民用装备的性能，反映了惯性导航测量装置在国防和国民经济中的重大作用。3、 捷联惯导系统现状及发展趋势 目前，捷联惯导系统已在军民领域被广泛应用，本文仅介绍其在部分飞航式导弹/炸弹上的应用。对于飞航式战术地地导弹，由于其全程均在稠密大气层内飞行，且射程远，飞行时间长，容易受到大气干扰的影响，因此，采用捷联惯导系统是唯一可选的制导方式；对于中远程的空空导弹，因导弹的发射距离远，具有攻击多目标的能力，捷联惯导系统

10、也是比较理想的中制导方式；中远程地空导弹的制导方式一般为初始制导+中制导+末制导，其中中制导一般采用具有捷联惯导系统的组合导航系统；各类反舰导弹采用捷联惯导系统也可简化设计降低成本，提高性能价格比。 进入20世纪8090年代，在航天飞机、宇宙飞船、卫星等民用领域及在各种战略、战术导弹、军用飞机、反潜武器、作战舰艇等军事领域开始采用动力调谐式陀螺、激光陀螺和光纤式陀螺的捷联惯导系统，尤其是激光陀螺和光纤式陀螺是捷联惯导系统的理想器件。激光陀螺具有角速率动态范围宽、对加速度和震动不敏感、不需温控、启动时间特别短和可靠性高等优点。激光陀螺惯导系统已在波音757/767、a310民机以及f-20战斗机

11、上试用，精度达到1.85km/h的量级。20世纪90年代，激光陀螺惯导系统估计占到全部惯导系统的一半以上，其价格与普通惯导系统差不多，但由于增加了平均故障间隔时间，因而其寿命期费用只有普通惯导系统的15%20%。光纤陀螺实际上是激光陀螺中的一种，其原理与环型激光陀螺相同，克服了因激光陀螺闭锁带来的负效应，具有检测灵敏度和分辨率极高（可达10-7rad/s）、启动时间极短（原理上可瞬间启动）、动态范围极宽、结构简单、零部件少体积小、造价低、可靠性高等优点。采用光纤陀螺的捷联航姿系统已用于战斗机的机载武器系统中及波音777飞机上。波音777由于采用了光纤陀螺的捷联惯导系统，其平均故障间隔时间可高达

12、20000h。采用光纤陀螺的捷联惯导系统被认为是一种极有发展前途的导航系统。我国惯性导航与惯性仪表队伍已经初具规模，具备了一定的自行设计、研制和生产能力，基本拥有了迅速发展的物质和技术基础。尽管如此，我国和国外先进技术相比，还有相当的差距。尽管捷联惯导系统不能避免惯性器件的固有缺点，但由于它具有诸多优点，因此，目前捷联惯导系统在各类民用的航天飞行器、运载火箭、客/货机及军事领域的各类军用飞机、战术导弹等武器系统上都已被广泛采用。随着航空航天技术的发展及新型惯性器件的关键技术的陆续突破进而被大量应用，捷联惯导系统的可靠性、精度将会更高，成本将更低，同时，随着机（弹）载计算机容量和处理速度的提高，

13、许多惯性器件的误差技术也可走向实用，它可进一步提高捷联惯导系统的精度。此外，随着以绕飞行体轴旋转角增量为输出的新型高精度捷联式陀螺的出现，用以描述刚体姿态运动的数学方法也有了新的发展，将以经典的欧拉角表示法向四元素表示法发展。不管惯性器件的精度多高，由于陀螺漂移和加速度计的误差随时间逐渐积累（这也是纯惯导系统的主要误差源之一，它对位置误差增长的影响是时间的三次方函数），惯导系统长时间运行必将导致客观的积累误差，因此，目前人们在不断探索提高自主式惯导系统的精度外，还在寻求引入外部信息，形成组合式导航系统，这是弥补惯导系统不足的一个重要措施。组合导航系统通常以惯导系统作为主导航系统，而将其他导航定

14、位误差不随时间积累的导航系统如无线电导航、天文导航、地形匹配导航、gps等作为辅助导航系统，应用卡尔曼滤波技术，将辅助信息作为观测量，对组合系统的状态变量进行最优估计，以获得高精度的导航信号。这样，既保持了纯惯导系统的自主性，又防止了导航定位误差随时间积累。组合导航系统不仅在民用上而且在军事上均具有重要意义。由于飞船 、战术导弹及飞机的惯性导航系统具有精度与低成本的要求，所以采用捷联式惯性导航方案是十分适宜的.国外有人把捷联式惯性导航系统列为低成本惯性导航系统。捷联系统提供的信息全部是数字信息，所以特别适用于各种舰船的数字航行控制系统及武备系统34。随着 gps的普及， sins /gps组合

15、导航系统显示出巨大的发展潜力。该组合导航系统由gps提供三维位置、三维速度和精确的时间信息，系统的核心是卡尔曼滤波器，它是在线性最小方差下的最优估计。美国海军在海湾战争发射的斯拉姆导弹的惯导系统采用了gps技术，其命中精度达1015m之内；美国于20世纪80年代研制的已在三叉戟核潜艇上部署的射程达11110km的三叉戟2d-5战略导弹，采用了cns/ins(天文导航系统/惯性导航系统)组合导航系统，其导弹落点圆周概率(cep)小于185m。 我国的船用捷联惯性技术较航空、航天等其他行业起步晚,与美、法、俄罗斯等国家相比有较大差距,且西方对我国在该领域的控制也极为严厉。基于捷联惯性导航系统的诸多

16、优势,我国对船用高精度捷联惯性导航系统的需求十分强烈。因此,自主研发是我国发展船用捷联惯性导航系统的唯一出路。相信不久的将来,随着我国更高精度固态陀螺的研制成功以及船用捷联技术的日益成熟,满足我国各类舰艇要求的捷联式惯性导航系统必将研制成功,并得到大规模装备和应用。三、 惯性导航系统的组成惯性导航作为一个自主的空间基准保持系统，从原理上讲，各种类型的惯性导航系统都可以用几何学的观点来解释，它应由以下两个分系统所组成：（1）指示当地地垂线方向的分系统。它是通过测定舰船所在的重力方向，再对重力偏差角进行修正，以获取大地参考椭球上该点的位置。（2）保持惯性空间基准的分系统。它是通过指示地球自转轴的方

17、向，来确定地心惯性坐标系。有了地球自转轴方向和当地垂线方向之间的几何关系，即可以确定舰船导航所需的经纬度值。在惯性导航系统中，用加速度计测量当地地垂线的方向，用陀螺仪测量地球自转轴的方向。把所测到的这些参数连同事先给出的时间、引力场、初始位置和初始速度一起送入导航计算机，即可实时计算出载体相对所选择的导航参考坐标系的位置。所以说，两个惯性敏感器（陀螺仪和加速度计）是惯性导航系统中的核心部分。加速度计又称比力接受器，它是以牛顿惯性定律作为理论基础的。在运动体上安装加速度计的目的是，用它来敏感和测量运动体沿一定方向的比力（即运动体的惯性力与重力之差），然后经过计算（一次积分和二次积分）求得运动轨迹

18、（即运动体的速度和所行距离）。测量加速度的方法很多，有机械的、电磁的、光学的、放射线的等等。按照作用原理和结构的不同，惯性系统用加速度计可分为两大类，即机械加速度计和固态加速度计。系统组成：1、 惯性导航组件（inu）:加速度计、陀螺仪，主要完成导航参数的测量和计算。（1）平台式：一个三轴空间平台，2、3个高精度的陀螺仪及3个高精度的加速度计，一部数字计算机，其他电子线路板；（2）捷连式：3个高精度的陀螺仪及3个高精度的加速度计，一部数字计算机，其他电子线路板；没有实际的陀螺稳定平台，将加速度计和陀螺仪直接与飞机机体固连，用导航计算机计算“数学平台”也叫“软件平台”。2 、控制显示组件（cdu

19、）包括导航参数的显示，初始值的引入，系统实验故障显示和告警等。3、 方式选择组件（msu）：主要用来控制系统的工作状态。4、备用电池组件（bu）：特殊情况下供电 惯性导航组件（inu）大气数据系统航路/进近转换调谐头测距机（dme）全向信标(vor)（voe）自动驾驶仪气象雷达真航向、磁航向更新/不更新 信号器水平状态显示器hsi姿态指引仪adi控制显示组件cdu方式选择组件msu备用电池组自动数据引进组件航向 航迹 预订航迹横偏 偏流 警告俯仰、倾斜故障旗惯导系统的组成与连接图总结：惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪，又称惯性导航组合。

20、3个自由度陀螺仪用来测量飞行器的三个转动运动；3个加速度计用来测量飞行器的3个平移运动的加速度。计算机根据测得的加速度信号计算出飞行器的速度和位置数据。控制显示器显示各种导航参数。捷联式惯导系统中有两种敏感器件:陀螺仪和加速度计。陀螺仪组件测取沿运载体坐标系3个轴的角速度信号，并被送人导航计算机，经误差补偿计算后进行姿态矩阵计算。加速度计组件测取沿运载体坐标系3个轴的加速度信号，并被送入导航计算机，经误差补偿计算后，进行由运载体坐标系至“平台万坐标系”的坐标变换计算。他们沿机体坐标系三轴安装，并且与机体固连，它们所测得的都是机体坐标系下的物理量。加速度计测量的是机体坐标系(b系)相对于惯性空间

21、的加速度在机体坐标系中的投影，该测试量也称为比力。而对于捷联惯导系统，导航计算机要在导航坐标系中完成，因此，首先要将机体系中的测试量转换导航坐标系中的物理量，即实现由机体坐标系到导航坐标系的坐标转换。这一转换由姿态矩阵完成，而是利用陀螺仪的输出即载体相对惯性空间转动的角速率在机体坐标系下的投影计算得到。姿态矩阵是随时间的变化而不断变化的。另外，从姿态矩阵中可以单值的确定飞行器的姿态角。捷联式惯导系统中需要实时地求取姿态矩阵，以便提取飞行器姿态角（首向角、纵摇角、横摇角）以及变换比力。所以说，在捷联式惯性导航系统中，是由导航计算机来完成具有常平架的稳定平台功能，既用“数学解析平台”取代稳定平台的

22、功能。它的原理简图如下图所示，图中虚线框部分起了平台的作用。四、惯性导航系统的工作原理惯性导航系统（ins，以下简称惯导）是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。有了这个仪器以后，就可以实现所谓的无控制测绘，只需要飞机、卫星在天上飞，就可以得到很精确的地形图，而不需要人去上面建立一些标志，这是当代最先进的测绘技术，直接定向。工作原理：惯导的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，将它对时间进行积分，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、偏航角和位置等信息。属于一种推算导航方式即从一

23、已知点的位置根据连续测得的运载体航向角和速度推算出其下一点的位置因而可连续测出运动体的当前位置。惯性导航系统中的陀螺仪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，速度再经过对时间的一次积分即可得到距离。相对性原理： 牛顿惯性定律适用的参考系叫做惯性参考系；要求精度不太高时，地球就是一个惯性系，相对此系作等速直线运动的参考系都是惯性系。 在一个静止或作等速直线运动的密闭车厢中，从天花板吊悬的单摆总是铅垂向下，垂直上抛的小球总能重新落回手中，只有打开车窗观看外面的地标才能判断车厢是静还是运。 因此不依赖外部

24、信息，在惯性系中的任何动力学实验都无法测出参考系的速度，这就是伽利略相对性原理。 惯性导航原理： 但是，当车厢有了加速度，情况就不同了。单摆会向后偏离铅垂线，垂直上抛的小球也会落到抛出点的后方，因此不依赖外部信息，在运动体的内部可以测出物体的加速度。考虑相对运动，加上牵连惯性力 ，可以解释为：是牵连惯性力q向后拉动小球，如能测出单摆偏角 ，则运动物体加速度是 a=gtan 在运动物体内部能测出物体加速度的仪器叫做加速度计，单摆就可作加速度计使用，但不方便。下图的弹簧质点系统，是一种可行方案，当壳体（安装在载体上）沿仪器敏感轴有加速度时，惯性力作用在惯性质量上，使其移动，直至与弹簧恢复力平衡，电

25、位计即有与惯性力成正比的信号输出，因而可测出载体的加速度a。 对所测得的加速度 ，积分一次可得速度v，积分两次得载体在积分时间间隔中的位移。如果再考虑初始条件，就能完全确定载体在任一时刻的位置与速度。加速度计的缺点： 加速度计有个缺点，就是不能区分惯性力与引力。当载体静止，而加速度计相对水平面有一安装倾斜角 ，作用在惯性质量上的重力分量将引起加速度计的输出，就好像载体有了加速度 一样。这是虚假信号，由此而产生的定位误差还随时间而积累。所以加速度计一般不直接安装在载体上，而要安装在一个高精度的水平平台上（捷联式惯性导航系统中，加速度计直接装在载体上，但要经过复杂的计算将引力分量补偿掉）。五、 惯

26、性导航系统的功能 惯性系统在飞机上的功能主要有：1、自动测量飞机各种导航参数及飞行控制参数，供飞行员使用。测量的导航参数和飞行控制参数包括飞机在地面或空中相对地球的瞬时位置；计算飞机到达目的地所需时间、风向、风速、偏流等；航行和引导飞机的重要参数；控制飞机实际飞行轨迹的重要参数；表明飞机偏离给定航线的情况；表征飞机的俯仰角、倾斜角及航向角。2、与飞机其他控制系统相配合，完成对飞机的人工或自动控制。目前，惯导可分为两大类：平台式惯导和捷联式惯导。它们的主要区别在于，前者有实体的物理平台，陀螺和加速度计置于由陀螺稳定的平台上，该平台跟踪导航坐标系，以实现速度和位置解算，姿态数据直接取自于平台的环架

27、；在捷联式惯导中，陀螺和加速度计直接固连在载体上。惯性平台的功能由计算机完成，故有时也称作“数学平台”，它的姿态数据是通过计算得到的。惯导有固定的漂移率，这样会造成物体运动的误差，因此长射程的武器通常会采用指令、gps等对惯导进行定时修正，以获取持续准确的位置参数。比如中距空空弹中段采用捷联式惯导+指令修正，jdam采用自主式的卫星定位/惯性导航组合(gps/ins)，战斧也采用了gps/ins+地形匹配的技术，多数运载火箭采用平台式惯导等。惯导系统的机制目前已经发展出挠性惯导、光纤惯导、激光惯导、微固态惯性仪表等多种方式，根据环境和精度要求的不同，广泛的应用在航空、航天、航海和陆地机动的各个

28、方面。从原理上来说，惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪，又称惯性导航组合。3个自由度陀螺仪用来测量飞行器的3个转动运动；3个加速度计用来测量飞行器的3个平移运动的加速度。计算机根据测得的加速度信号计算出飞行器的速度和位置数据。控制显示器显示各种导航参数。按照惯性导航组合在飞行器上的安装方式，分为平台式惯性导航系统(惯性导航组合安装在惯性平台的台体上)和捷联式惯性导航系统(惯性导航组合直接安装在飞行器上)；后者省去平台，所以结构简单、体积小、维护方便，但仪表工作条件不佳 (影响精度)，计算工作量大。惯性导航系统属于一种推算导航方式。即从一已

29、知点的位置根据连续测得的运载体航向角和速度推算出其下一点的位置。因而可连续测出运动体的当前位置。惯性导航系统中的陀螺仪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，速度再经过对时间的一次积分即可得到距离。六、惯性导航系统的服务模式与应用模式惯性导航系统属于一种推算导航方式即从一已知点的位置根据连续测得的运载体航向角和速度推算出其下一点的位置因而可连续测出运动体的当前位置。惯性导航系统中的陀螺仪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

30、间的一次积分得到速度，速度再经过对时间的一次积分即可得到距离。 我国的惯导技术近年来已经取得了长足进步，液浮陀螺平台惯性导航系统、动力调谐陀螺四轴平台系统已相继应用于长征系列运载火箭。其他各类小型化捷联惯导、光纤陀螺惯导、 激光陀螺惯导以及匹配gps修正的惯导装置等也已经大量应用于战术制导武器、飞机、舰艇、运载火箭、宇宙飞船等。如漂移率0.010.02/h 的新型激光陀螺捷联系统在新型战机上试飞，漂移率0.05/h 以下的光纤陀螺、捷联惯导在舰艇、潜艇上的应用，以及小型化挠性捷联惯导在各类导弹制导武器上的应用，都极大的改善了我军装备的性能。 七、惯性导航系统当前的应用情况航天飞机、宇宙飞船、卫

31、星等民用领域及在各种战略、战术导弹、军用飞机、反潜武器、作战舰艇等军事领域开始采用动力调谐式陀螺、激光陀螺和光纤式陀螺的捷联惯导系统，尤其是激光陀螺和光纤式陀螺是捷联惯导系统的理想器件。激光陀螺具有角速率动态范围宽、对加速度和震动不敏感、不需温控、启动时间特别短和可靠性高等优点。激光陀螺惯导系统已在波音757/767、a310民机以及f-20战斗机上应用，精度达到1.85km/h的量级。采用光纤陀螺的捷联航姿系统已用于战斗机的机载武器系统中及波音777飞机上。波音777由于采用了光纤陀螺的捷联惯导系统，其平均故障间隔时间可高达20000h。组合导航系统通常以惯导系统作为主导航系统，而将其他导航

32、定位误差不随时间积累的导航系统如无线电导航、天文导航、地形匹配导航、gps等作为辅助导航系统，应用卡尔曼滤波技术，将辅助信息作为观测量，对组合系统的状态变量进行最优估计，以获得高精度的导航信号。这样，既保持了纯惯导系统的自主性，又防止了导航定位误差随时间积累。组合导航系统不仅在民用上而且在军事上均具有重要意义。 捷联惯导系统已在军民领域被广泛应用，其在部分飞航式导弹/炸弹上的应用。对于飞航式战术地地导弹，由于其全程均在稠密大气层内飞行，且射程远，飞行时间长，容易受到大气干扰的影响，因此，采用捷联惯导系统是唯一可选的制导方式；对于中远程的空空导弹，因导弹的发射距离远，具有攻击多目标的能力，捷联惯

33、导系统也是比较理想的中制导方式；中远程地空导弹的制导方式一般为初始制导+中制导+末制导，其中中制导一般采用具有捷联惯导系统的组合导航系统；各类反舰导弹采用捷联惯导系统也可简化设计降低成本，提高性能价格比。随着航空航天技术的发展及新型惯性器件的关键技术的陆续突破进而被大量应用，捷联惯导系统的可靠性、精度将会更高，成本将更低，同时，随着机（弹）载计算机容量和处理速度的提高，许多惯性器件的误差技术也可走向实用，它可进一步提高捷联惯导系统的精度。八、惯性导航系统的特点惯性导航系统有如下主要优点:（1）由于它是不依赖于任何外部信息，也不向外部辐射能量的自主式系统，故隐蔽性好，也不受外界电磁干扰的影响；（

34、2）可全天流全球、全时间地工作于空中、地球表面乃至水下；（3）能提供位置、速度、航向和姿态角数据，所产生的导航信息连续性好而且噪声低；（4）数据更新率高、短期精度和稳定性好。惯性导航系统的主要缺点是：（1）由于导航信息经过积分而产生，定位误差随时间而增大，长期精度差；（2）每次使用之前需要较长的初始对准时间；（3）设备的价格较昂贵；（4）不能给出时间信息九、惯性导航系统给我们的启示 惯导系统在民用方面的应用：惯性导航系统能测量飞机各种导航参数，如位置、地速、航迹角、偏航角、偏航距离、风向、风速等；也能测量姿态参数，如俯仰角、倾斜角和航向等；与飞机其他控制系统配合，能完成对飞机的人工或自动驾驶。

35、惯导系统的优点是：1.完全自主式的导航系统；2.系统校准后短时定位精确度高。惯导系统的缺点是：存在积累误差，随时间定位精度低。惯导系统往往在现代飞机上与大气数据系统结合，称为大气数据参照系统。惯性导航技术在国防科技中占有非常重要的地位，广泛的运用于航天、航空、航海等军事领域；随着惯性技术和计算机技术的不断发展以及成本降低，近几年来，许多国家将其应用领域扩大到民用领域，并发展开辟了更广阔的前景，例如广泛应用于地震、地籍、河流、油田的测量以及摄影、绘图和重力测量等方面。惯导系统在军事上的运用：惯导系统在军事上的运用是最为广泛的，代表了最为先进的惯导技术。惯性制导的中远程导弹，一般来说命中精度的左右

36、取决于惯导系统的精度，它基本上决定了导弹是否能打准的问题。对于核潜艇，由于潜航时间长，其位置和速度是变化的，而这些数据又是的潜艇初始状态参数，直接影响潜艇导弹的命中精度，因而需要提供高精度的位置、速度等信号，而唯一能满足这一要求的导航设备就是惯性导航系统。又比如，战略轰炸机，由于要求它经过长时间远程飞行后，仍能保证准确投放武器而命中目标，只有使用惯性导航系统才是最为合适的，因为这样不依赖外界信息，隐蔽性好，不易受到外界干扰，又不会因沿途经海洋、过沙漠而影响导航精度。这三大战略武器，如果没有精确的惯性制导或惯性导航配合，就不可能发挥其应有的战略威慑力量。同样，对于各种巡航导弹、战术导弹、舰艇、歼

37、击机、轰炸机、坦克等武器，也只有配备了惯导系统才能有效地发挥其战斗力。正因如此，国外新机生产无不装备惯性导航系统，年代初，美国就有架以上的军用飞机装备了惯导。另外，国内外在对旧机种改装时，最感兴趣的是加装惯导攻击系统，因为打靶试验表明，一架装有惯性导航武器攻击系统的飞机，可发挥出倍于使用普通光学瞄准具飞机的攻击效果。我国战机中，歼以及之前的飞机大都没有装惯导。歼只有简单的航姿系统，它要依靠无线电塔康确定自身位置，无法实现自主定位。其它大多数国产飞机以及新型国产三代战机都已装备或计划装备惯导系统。 捷联式惯导系统：捷联式惯导的是主要发展的方向。“捷联”这一术语的英文原义就是“捆绑”的意思。因此，

38、所谓捷联惯性系统也就是将惯性敏感元件（陀螺和加速度计）直接“捆绑”在运载体的机体上，从而完成制导和导航任务的系统。与平台系统相比，捷联系统有如下特点：1） 捷联系统敏感元件便于安装、维修和更换；2） 捷联系统敏感元件可以直接给出舰船坐标系的所有导航参数，提供给导航、稳定控制系统和武备控制系统；3） 捷联系统敏感元件易于重复布置，从而在惯性敏感元件级别上实现冗余技术，这时提高性能和可用性十分有利；4） 捷联系统去掉了常平架平台，消除了稳定平台稳定过程的各种误差同时减小系统体积。捷联系统把敏感元件直接固定在载体上导致惯性敏感元件工作环境恶化，降低了系统的精度。因此，必须采取误差补偿措施，或采用新型

39、的光学陀螺。随着电子计算机技术、精密加工技术以及光电技术等的进步，捷联惯导系统越发显示它的光明前途。激光捷联惯导系统是当前最先进的惯导系统，能在不借助其他任何外部参展和线索的情况下确定自己的位置。以前因为技术限制，要测量自己的位移从而精确计算导航是很难的。有了激光捷联惯导系统之后，各种平台都可以实时精确测量计算自己的位移，从而实现精确的导航。长时间导航精度如何提高：除了提高惯导系统中的陀螺仪等设备，还可以通过组合导航的方式。比如说与惯导组合，可以准确提供飞机经、纬度和地速信息，而且它不随时间增加误差，由这些值同惯导输出的相应值进行比较，并对惯导进行校正，消除惯导的积累误差，使其达到接近的精度。

40、而一旦失锁，失去信号时，可以依靠惯导自主导航。此时，惯导的积累误差也仅仅是从失锁时算起，而不是通常的按起飞时算起，显然可以大大改善惯导精度我国惯导系统的发展现状：国产惯性导航系统精度一般是海里小时。早一点装备的惯导精度是海里小时，后来装备的惯导精度是海里小时。而美国早在年提出的惯导精度军标就达到海里小时。与之相比，我们还是有差距的。但近些年，我国的航空事业飞速发展，与世界领先水平的差距也在不断缩小。与国外同类设备相比，我们与国外的差距有十年左右。美国九十年代就开始淘汰挠性陀螺惯导系统，我们现在还在大量使用；国外的激光陀螺技术已经实用，尤其是美国，现役的飞机几乎全部装备或者正在换装激光陀螺惯导系

41、统，而我们到这一步还得几年时间。惯导系统的寿命：惯导系统不像发动机那样有严格的寿命，它属于电子设备，一般不给明确的使用寿命，它所看重的是设备的（平均无故障时间）。一旦坏了就修，或者某个部件坏了就换，比如，陀螺支撑轴坏了，就把陀螺换掉，其它部件可以继续使用。惯导系统新技术：惯性导航新技术有一种叫微机械技术，它是通过化学腐蚀的办法，在材料上蚀刻出来一个可以转动的转子。根据陀螺原理，它自转的速度再加上一个牵连速度，会产生陀螺力矩，就有陀螺效应。微机械陀螺的精度比较低，但是它可以做得很小，蚀刻的陀螺、加速度计、电子线路集成起来大概只有半个肥皂盒那么大，而且非常便宜。美国在做这方面的研究，国内也在跟踪这

42、一技术。现在国外已经做出的产品主要用在布撒器子母弹上，子母弹释放的子弹上都装有一套微机械惯导。因此，综上所述，我国的惯导系统将继续保持迅速的发展趋势，在未来几年里产生质的飞跃，并且在我国将普及惯性导航系统或与其他系统的组合系统。随着科技的发展，系统的精确性也将不断的提高。 肂膃蚁蝿芄蒈薇螈羄芁蒃螇肆蒆螂螆膈艿蚈螅芁蒅薄袅羀芈蒀袄肃蒃莆袃膅芆螅袂羅薁蚁袁肇莄薇袀腿薀蒂衿节莂螁衿羁膅蚇羈肄莁薃羇膆膄葿羆袅荿蒅羅肈膂螄羄膀蒇蚀羃节芀薆羃羂蒆蒂羂肄芈螀肁膇蒄蚆肀艿芇薂聿罿蒂薈蚆膁芅蒄蚅芃薀螃蚄羃莃虿蚃肅蕿薅蚂膈莂蒁螁芀膄蝿螁羀莀蚅螀肂膃蚁蝿芄蒈薇螈羄芁蒃螇肆蒆螂螆膈艿蚈螅芁蒅薄袅羀芈蒀袄肃蒃莆袃膅芆螅

43、袂羅薁蚁袁肇莄薇袀腿薀蒂衿节莂螁衿羁膅蚇羈肄莁薃羇膆膄葿羆袅荿蒅羅肈膂螄羄膀蒇蚀羃节芀薆羃羂蒆蒂羂肄芈螀肁膇蒄蚆肀艿芇薂聿罿蒂薈蚆膁芅蒄蚅芃薀螃蚄羃莃虿蚃肅蕿薅蚂膈莂蒁螁芀膄蝿螁羀莀蚅螀肂膃蚁蝿芄蒈薇螈羄芁蒃螇肆蒆螂螆膈艿蚈螅芁蒅薄袅羀芈蒀袄肃蒃莆袃膅芆螅袂羅薁蚁袁肇莄薇袀腿薀蒂衿节莂螁衿羁膅蚇羈肄莁薃羇膆膄葿羆袅荿蒅羅肈膂螄羄膀蒇蚀羃节芀薆羃羂蒆蒂羂肄芈螀肁膇蒄蚆肀艿芇薂聿罿蒂薈蚆膁芅蒄蚅芃薀螃蚄羃莃虿蚃肅蕿薅蚂膈莂蒁螁芀膄蝿螁羀莀蚅螀肂膃蚁蝿芄蒈薇螈羄芁蒃螇肆蒆螂螆膈艿蚈螅芁蒅薄袅羀芈蒀袄肃蒃莆袃膅芆螅袂羅薁蚁袁肇莄薇袀腿薀蒂衿节莂螁衿羁膅蚇羈肄莁薃羇膆膄葿羆袅荿蒅羅肈膂螄羄膀蒇蚀羃节芀薆

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52、衿节莂螁衿羁膅蚇羈肄莁薃羇膆膄葿羆袅荿蒅羅肈膂螄羄膀蒇蚀羃节芀薆羃羂蒆蒂羂肄芈螀肁膇蒄蚆肀艿芇薂聿罿蒂薈蚆膁芅蒄蚅芃薀螃蚄羃莃虿蚃肅蕿薅蚂膈莂蒁螁芀膄蝿螁羀莀蚅螀肂膃蚁蝿芄蒈薇螈羄芁蒃螇肆蒆螂螆膈艿蚈螅芁蒅薄袅羀芈蒀袄肃蒃莆袃膅芆螅袂羅薁蚁袁肇莄薇袀腿薀蒂衿节莂螁衿羁膅蚇羈肄莁薃羇膆膄葿羆袅荿蒅羅肈膂螄羄膀蒇蚀羃节芀薆羃羂蒆蒂羂肄芈螀肁膇蒄蚆肀艿芇薂聿罿蒂薈蚆膁芅蒄蚅芃薀螃蚄羃莃虿蚃肅蕿薅蚂膈莂蒁螁芀膄蝿螁羀莀蚅螀肂膃蚁蝿芄蒈薇螈羄芁蒃螇肆蒆螂螆膈艿蚈螅芁蒅薄袅羀芈蒀袄肃蒃莆袃膅芆螅袂羅薁蚁袁肇莄薇袀腿薀蒂衿节莂螁衿羁膅蚇羈肄莁薃羇膆膄葿羆袅荿蒅羅肈膂螄羄膀蒇蚀羃节芀薆羃羂蒆蒂羂肄芈螀肁膇蒄蚆

53、肀艿芇薂聿罿蒂薈蚆膁芅蒄蚅芃薀螃蚄羃莃虿蚃肅蕿薅蚂膈莂蒁螁芀膄蝿螁羀莀蚅螀肂膃蚁蝿芄蒈薇螈羄芁蒃螇肆蒆螂螆膈艿蚈螅芁蒅薄袅羀芈蒀袄肃蒃莆袃膅芆螅袂羅薁蚁袁肇莄薇袀腿薀蒂衿节莂螁衿羁膅蚇羈肄莁薃羇膆膄葿羆袅荿蒅羅肈膂螄羄膀蒇蚀羃节芀薆羃羂蒆蒂羂肄芈螀肁膇蒄蚆肀艿芇薂聿罿蒂薈蚆膁芅蒄蚅芃薀螃蚄羃莃虿蚃肅蕿薅蚂膈莂蒁螁芀膄蝿螁羀莀蚅螀肂膃蚁蝿芄蒈薇螈羄芁蒃螇肆蒆螂螆膈艿蚈螅芁蒅薄袅羀芈蒀袄肃蒃莆袃膅芆螅袂羅薁蚁袁肇莄薇袀腿薀蒂衿节莂螁衿羁膅蚇羈肄莁薃羇膆膄葿羆袅荿蒅羅肈膂螄羄膀蒇蚀羃节芀薆羃羂蒆蒂羂肄芈螀肁膇蒄蚆肀艿芇薂聿罿蒂薈蚆膁芅蒄蚅芃薀螃蚄羃莃虿蚃肅蕿薅蚂膈莂蒁螁芀膄蝿螁羀莀蚅螀肂膃蚁蝿芄蒈薇

54、螈羄芁蒃螇肆蒆螂螆膈艿蚈螅芁蒅薄袅羀芈蒀袄肃蒃莆袃膅芆螅袂羅薁蚁袁肇莄薇袀腿薀蒂衿节莂螁衿羁膅蚇羈肄莁薃羇膆膄葿羆袅荿蒅羅肈膂螄羄膀蒇蚀羃节芀薆羃羂蒆蒂羂肄芈螀肁膇蒄蚆肀艿芇薂聿罿蒂薈蚆膁芅蒄蚅芃薀螃蚄羃莃虿蚃肅蕿薅蚂膈莂蒁螁芀膄蝿螁羀莀蚅螀肂膃蚁蝿芄蒈薇螈羄芁蒃螇肆蒆螂螆膈艿蚈螅芁蒅薄袅羀芈蒀袄肃蒃莆袃膅芆螅袂羅薁蚁袁肇莄薇袀腿薀蒂衿节莂螁衿羁膅蚇羈肄莁薃羇膆膄葿羆袅荿蒅羅肈膂螄羄膀蒇蚀羃节芀薆羃羂蒆蒂羂肄芈螀肁膇蒄蚆肀艿芇薂聿罿蒂薈蚆膁芅蒄蚅芃薀螃蚄羃莃虿蚃肅蕿薅蚂膈莂蒁螁芀膄蝿螁羀莀蚅螀肂膃蚁蝿芄蒈薇螈羄芁蒃螇肆蒆螂螆膈艿蚈螅芁蒅薄袅羀芈蒀袄肃蒃莆袃膅芆螅袂羅薁蚁袁肇莄薇袀腿薀蒂衿节莂螁

55、衿羁膅蚇羈肄莁薃羇膆膄葿羆袅荿蒅羅肈膂螄羄膀蒇蚀羃节芀薆羃羂蒆蒂羂肄芈螀肁膇蒄蚆肀艿芇薂聿罿蒂薈蚆膁芅蒄蚅芃薀螃蚄羃莃虿蚃肅蕿薅蚂膈莂蒁螁芀膄蝿螁羀莀蚅螀肂膃蚁蝿芄蒈薇螈羄芁蒃螇肆蒆螂螆膈艿蚈螅芁蒅薄袅羀芈蒀袄肃蒃莆袃膅芆螅袂羅薁蚁袁肇莄薇袀腿薀蒂衿节莂螁衿羁膅蚇羈肄莁薃羇膆膄葿羆袅荿蒅羅肈膂螄羄膀蒇蚀羃节芀薆羃羂蒆蒂羂肄芈螀肁膇蒄蚆肀艿芇薂聿罿蒂薈蚆膁芅蒄蚅芃薀螃蚄羃莃虿蚃肅蕿薅蚂膈莂蒁螁芀膄蝿螁羀莀蚅螀肂膃蚁蝿芄蒈薇螈羄芁蒃螇肆蒆螂螆膈艿蚈螅芁蒅薄袅羀芈蒀袄肃蒃莆袃膅芆螅袂羅薁蚁袁肇莄薇袀腿薀蒂衿节莂螁衿羁膅蚇羈肄莁薃羇膆膄葿羆袅荿蒅羅肈膂螄羄膀蒇蚀羃节芀薆羃羂蒆蒂羂肄芈螀肁膇蒄蚆肀艿芇薂

56、聿罿蒂薈蚆膁芅蒄蚅芃薀螃蚄羃莃虿蚃肅蕿薅蚂膈莂蒁螁芀膄蝿螁羀莀蚅螀肂膃蚁蝿芄蒈薇螈羄芁蒃螇肆蒆螂螆膈艿蚈螅芁蒅薄袅羀芈蒀袄肃蒃莆袃膅芆螅袂羅薁蚁袁肇莄薇袀腿薀蒂衿节莂螁衿羁膅蚇羈肄莁薃羇膆膄葿羆袅荿蒅羅肈膂螄羄膀蒇蚀羃节芀薆羃羂蒆蒂羂肄芈螀肁膇蒄蚆肀艿芇薂聿罿蒂薈蚆膁芅蒄蚅芃薀螃蚄羃莃虿蚃肅蕿薅蚂膈莂蒁螁芀膄蝿螁羀莀蚅螀肂膃蚁蝿芄蒈薇螈羄芁蒃螇肆蒆螂螆膈艿蚈螅芁蒅薄袅羀芈蒀袄肃蒃莆袃膅芆螅袂羅薁蚁袁肇莄薇袀腿薀蒂衿节莂螁衿羁膅蚇羈肄莁薃羇膆膄葿羆袅荿蒅羅肈膂螄羄膀蒇蚀羃节芀薆羃羂蒆蒂羂肄芈螀肁膇蒄蚆肀艿芇薂聿罿蒂薈蚆膁芅蒄蚅芃薀螃蚄羃莃虿蚃肅蕿薅蚂膈莂蒁螁芀膄蝿螁羀莀蚅螀肂膃蚁蝿芄蒈薇螈羄芁蒃

57、螇肆蒆螂螆膈艿蚈螅芁蒅薄袅羀芈蒀袄肃蒃莆袃膅芆螅袂羅薁蚁袁肇莄薇袀腿薀蒂衿节莂螁衿羁膅蚇羈肄莁薃羇膆膄葿羆袅荿蒅羅肈膂螄羄膀蒇蚀羃节芀薆羃羂蒆蒂羂肄芈螀肁膇蒄蚆肀艿芇薂聿罿蒂薈蚆膁芅蒄蚅芃薀螃蚄羃莃虿蚃肅蕿薅蚂膈莂蒁螁芀膄蝿螁羀莀蚅螀肂膃蚁蝿芄蒈薇螈羄芁蒃螇肆蒆螂螆膈艿蚈螅芁蒅薄袅羀芈蒀袄肃蒃莆袃膅芆螅袂羅薁蚁袁肇莄薇袀腿薀蒂衿节莂螁衿羁膅蚇羈肄莁薃羇膆膄葿羆袅荿蒅羅肈膂螄羄膀蒇蚀羃节芀薆羃羂蒆蒂羂肄芈螀肁膇蒄蚆肀艿芇薂聿罿蒂薈蚆膁芅蒄蚅芃薀螃蚄羃莃虿蚃肅蕿薅蚂膈莂蒁螁芀膄蝿螁羀莀蚅螀肂膃蚁蝿芄蒈薇螈羄芁蒃螇肆蒆螂螆膈艿蚈螅芁蒅薄袅羀芈蒀袄肃蒃莆袃膅芆螅袂羅薁蚁袁肇莄薇袀腿薀蒂衿节莂螁衿羁膅蚇羈肄莁薃羇膆膄葿羆袅荿蒅羅肈膂螄羄膀蒇蚀羃节芀薆羃羂蒆蒂羂肄芈螀肁膇蒄蚆肀艿芇薂聿罿蒂薈蚆膁芅蒄蚅芃薀螃蚄羃莃虿蚃肅蕿薅蚂膈莂蒁螁芀膄蝿螁羀莀蚅螀肂膃蚁蝿芄蒈薇螈羄芁蒃螇肆蒆螂螆膈艿蚈螅芁蒅薄袅羀芈蒀袄肃蒃莆袃膅芆螅袂羅薁蚁袁肇莄薇袀腿薀蒂衿节莂螁衿羁膅蚇羈肄莁薃羇膆膄葿羆袅荿蒅羅肈膂螄羄膀蒇蚀羃节芀薆羃羂蒆蒂羂肄芈螀肁膇蒄蚆肀艿芇薂聿罿蒂薈蚆膁芅蒄蚅芃薀螃蚄羃莃虿蚃肅蕿薅蚂膈莂蒁螁芀膄蝿螁羀莀蚅螀肂膃蚁蝿芄蒈薇螈羄芁蒃螇肆蒆螂螆膈艿蚈螅