全面解读惯性导航系统与技术

惯性导航系统（INS，Inertial Navigation System）是一种利用惯性敏感器件、基准方向及最初的位置信息来确定运载体在惯性空间中的位置、方向和速度的自主式导航系统，也简称为惯导。

惯性导航的分类

从结构上分，惯导可分两大类：平台式惯导系统和捷联式惯导系统。

平台式惯性导航系统有实体的物理平台，陀螺和加速度计置于由陀螺定的平台上，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。

由于平台式惯导系统框架能隔离运动载体的角振动，仪表工作条件较好，原始测量值采集精确，并且平台能直接建立导航坐标系，计算量小，容易补偿和修正仪表的输出，但是其结构比较复杂，体积大，成本高且可靠性差。

捷联式惯性导航系统没有实体的物理平台，把陀螺和加速度计直接固定安装在运动载体上，实质上是通过陀螺仪计算出一个虚拟的惯性平台，然后把加速度计测量结果旋转到这个虚拟平台上，再解算导航参数。

捷联式惯性导航系统结构简单、体积小、维护方便，但陀螺仪和加速度计工作条件不佳，采集到的元器件原始测量值精度低。同时，捷联惯导的加速度计输出的是载体坐标系的加速度分量，需要经计算机转换成导航坐标系的加速度分量，计算量较大，且容易产生导航解算的校正、起始及排列转换的额外误差。总体来说，捷联惯导精度较平台惯导低，但可靠性好、更易实现、成本低，是目前民用惯导的主流技术。

惯性导航系统主要的优缺点

优点

1、完全依靠运动载体自主地完成导航任务，不依赖于任何外部输入信息，也不向外输出信息的自主式系统，所以具备极高的抗干扰性和隐蔽性；

2、不受气象条件限制，可全天候、全天时、全地理的工作。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；

3、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；

4、导航信息更新速率高，短期精度和稳定性好。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。

缺点

1、导航误差随时间发散，由于导航信息经过积分运算产生，定位误差会随时间推移而增大，长期积累会导致精度差；

2、每次使用之前需较长的初始对准时间。惯性导航需要初始对准，且对准复杂、对准时间较长；

3、不能给出时间信息；

4、精准的惯导系统价格昂贵，通常造价在几十到几百万之间。