一文解析慣性導航的前世今生

2022-07-24 12:21:15 字數 1143 閱讀 8925

高中的物理學和大學裡的高等數學相信是不少人的夢魘吧?而它們結合起來的應用之一就是慣性導航。慣性導航的發展比較早,採用純計算的方式來導航定位。即使在gps、北斗等衛星導航廣泛應用的今天,慣性導航依然在諸多導航系統中牢牢的佔據一席之地。

說到慣性導航的理論依據,那就不得不提牛頓對慣性導航的貢獻!慣性導航裡用到的兩個重要工具:牛頓第二定律和微積分都與牛頓有著密不可分的聯絡。

牛頓第二定律告訴我們:dv/dt=a,而路程與時間的關係也顯而易見:ds/dt=v,這樣就將路程與加速度聯絡在了一起。路程與速度都不能直接測量,但加速度可以,只要有加速度,就能知道每時每刻的路程了。

但是現實情況不是一維,而是三維立體空間。怎麼辦呢?這時候我們需要知道角度的變化情況。因此,我們還需要乙個角度加速度計(陀螺儀)。陀螺儀的發明也離不開牛頓的功勞,正是他研究了高速旋轉剛體的力學問題,才為後人提供了發明陀螺儀的理論研究。陀螺儀再加上加速度計,就是慣性導航的感測器部分了。

這樣,運動路徑就和感測器可測得的加速度、角加速度這兩個量聯絡在了一起。慣性導航就是通過測量這兩個瞬時變數,在經過一系列公式運算,就可以將運動路徑完完整整的計算出來了。

(1)慣性導航定位不需要外源資訊

慣性導航可以說是個老古董了,但在今天其地位依舊不可動搖。不管是衛星導航,還是無線電導航,都受限於外源資訊。一旦衛星不可用,沒有了導航台,那麼這些導航系統就完全癱瘓了。

但慣性導航完全不需要借助外源的資訊。它用於計算的初始資料來自自身,既不受外界干擾影響,也不向外傳送任何訊號,更不用借助任何其他裝置,所以,慣性導航多用於軍事上。

(2)慣性導航定位的連續性

其他的導航定位系統定位時是乙個個點,而慣性導航的地位卻是連續的曲線,這也是一大優勢。

當然了,之所以會出現衛星導航,還是因為慣性導航的缺點了。比起其他導航,慣性導航有乙個較大的侷限:積累誤差。mcu的運算都是量化的,難免會有誤差,而慣性導航更是持續計算,積累起來的誤差有時會達到不可接受的地步,解決這個問題的辦法通常就是補償和修正:每隔一段時間重新調整一下位置、速度、角速度這些量進行校正。

慣性導航在現在應用較多的是把慣性導航和gps、北斗衛星導航結合在一起,做成組合導航來使用。比如天工測控的gps/北斗+慣性導航一體車載組合導航系統 skm-4dx 。

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