【《惯性导航系统研究的国内外文献综述》2400字】

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惯性导航系统研究的国内外文献综述

1.1惯导系统概述

惯导系统是一种基于惯性定律的一种自动导航体系，它经过惯性元设备器件来测量确定运载控制器设备的在惯性分布空间里角速率以及加速率等数据信息，再经过牛顿运动基本定律从而计算出导航参数。

图1.1捷联惯导系统原理框图

该系统的示意图如上面的图1.1所示。加速度控制器测量确定运载控制器设备相比较于惯性分布空间的比力数据信息；转速表组件测量运载器相对于坐标系的角速度信息，也就是运载控制器设备相比较于运载控制器设备分布坐标系，加速度控制器与陀螺仪的惯性分布空间的角速率的投影。

1.2惯性导航系统的研究背景

导航技术使用科学原理和方法（例如光，电，磁和机械）来引领车辆安全，精确地遵守到达目的地的要求规定行驶路线。它需要随时测量载体的位置，速度和姿势。

惯性导航系统（INS）根据牛顿力学基本定律里的惯性原理[2]。它是一种自主导航系统，独立于外部信息，使用惯性敏感设备，参考方向和初始位置信息来确定位置。惯性导航一般设计多门科学技术，因此，由惯性测量设备，数字计算机，显示控制设备和电源构成了惯性导航系统。惯性测量确定设备由加速度控制器与陀螺仪构成，用于测量载体各个方向的信息。数字计算机接收测量的信息，并且通过自动导航运算方法对其展开计算求解，以获取设备导航参数。显示控制设备负责显示获得的导航信息。惯性导航系统可以不分昼夜地工作，因为它不使用外部信息并不会辐射能量。它的导航取决于自己设备的操作，但是其高昂的制造成本和复杂性极大地限制了其在各种场合下的应用。

在惯导系统的发展中，由于惯性元器件安装的不同位置，把惯导体系划分为两大类：应用平台惯导体系与捷联惯导系统[3]。平台惯导系统吧惯性元器件放在一个稳定平台上，也称之为水平应用平台型惯性自动导航体系。捷联惯性自动导航体系没有持久的应用平台。它将加速度计和陀螺仪直接固定在支架上。经过惯性元设备器件测量确定出运中间载体的加速率与角速率数据信号，通过姿态计算将其转换到惯性坐标中，从而实现平台的功能，因此被称为数字平台[4]。两种平台的不同如下：

捷联惯导系统具有小体积、低生产成本、便于维护和高可靠性；

捷联惯导系统可以重复布置惯性元器件，能提供更多的制导和导航信息；

平台惯导系统的准确度要高于捷联惯导系统；

捷联惯导系统可以获得比较全的导航参数，尤其是角速度。

目前，捷联惯导系统的设计方案较多，大多数系统都采用老式的处理器，但是老处理器速度不高，不能大量处理数据，由于捷联惯导系统需要处理器处理数据要快且精准度高。DSP由于高速度，高精准，便宜的成本和小体积的有点被广泛应用。DSP的科学合理使用能够提升体系的作用功能，与此同时，加速推动了惯导体系的发展进步与使用[5]。DSP是导航计算的核心控制处理器，而FPGA作为输出控制器，可以快速实现数据缓冲和逻辑控制。除此之外，FGPA专业技术的日渐成熟稳定也大大推进了惯性自动导航体系的发展进步。所以，FPGA协助DSP的综合设计规划方案由于其良好的作用功能被大量应用。

1.3惯性导航系统的发展状况

惯性自动导航是1项波及影响到数个专业学科与行业领域的综合专业技术，举例精密机械设备，电脑计算机专业技术，光学，自动智能化控制管理与物质材料[6]。自动导航专业技术新方向的联动作用力，是使用需要的增加。惯导系统的发展离不开这些先进的科学技术。

在17世纪，牛顿3大基本定律的形成为自动导航打下了基本原理。1908年，安修茨综合系统设计了第1个摆式陀螺，实现了用惯性仪器测量运动物体位置的想法。1840年，液浮率陀螺仪问世，在舰炮控制系统中取得了不错的成绩。1950年，气浮陀螺仪首次尝试使用导弹。1970年，激光捷联惯性自动导航体系在飞机与导弹上展开了调试。在这之后，成功研发了光导纤维陀螺仪。

惯性技术最早是应用在导弹上，用来控制导弹发射。不过由于当时的技术限制，导致当时的制导精度很低。1970年之前，根据应用平台的惯性自动导航体系基本上在自动导航，航空，航天和土地使用的高精度导航和制导中占据世界领先地位。自1970年以来，各种现代科学技术的发展，研发出了很多全新一代的惯性仪器设备，举例柔性陀螺仪，光导纤维陀螺仪与石英加速度控制器，包括多种自动导航运算方法的持续改善，是捷联惯性自动导航体系的发展进步的根本基础[7]。目前，应用平台惯导体系正逐渐被逐渐代替，小型化，经济且可靠的捷联惯导系统已经成为主要的发展趋势[8]。

但是，捷联惯导系统有一个不可忽视的缺点，它的误差会随时间积累。因此，为了确保导航具有较高的准确性，我们需要引入外部信息进行校正[9]。目前，结合惯性导航系统和GPS的集成导航系统已成为研究热点[10]。GPS的集中自动导航能够协助捷联惯导系统提升辅导的准确度。INS与GPS集中自动导航体系具备比较大的INS相对准确度与比较大的GPS绝对准确度。INS补偿了GPS的缺点不足，也就是当方向矢量以高实时动态运动的时候，不简单捕获与追踪GPS自动接收控制器设备，GPS协助数据信号把充分提升惯性自动导航准确定位与速率测量确定的确定性[11]。由INS/GPS构成的自动导航体系，逐渐发展成为了今后的重要发展进步朝向。

参考文献

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[2]张树侠，孙静.捷联式惯性导航系统[M].北京:国防工业出版社,1992.

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[14]应科炜,吴文贡