一文解析惯性导航的前世今生

skylab

高中的物理学和大学里的高等数学相信是不少人的梦魇吧？而它们结合起来的应用之一就是惯性导航。惯性导航的发展比较早，采用纯计算的方式来导航定位。即使在GPS、北斗等卫星导航广泛应用的今天，惯性导航依然在诸多导航系统中牢牢的占据一席之地。

1、惯性导航的理论依据

说到惯性导航的理论依据，那就不得不提牛顿对惯性导航的贡献！惯性导航里用到的两个重要工具：牛顿第二定律和微积分都与牛顿有着密不可分的联系。

牛顿第二定律告诉我们：dv/dt=a，而路程与时间的关系也显而易见：ds/dt=v,这样就将路程与加速度联系在了一起。路程与速度都不能直接测量，但加速度可以，只要有加速度，就能知道每时每刻的路程了。

但是现实情况不是一维，而是三维立体空间。怎么办呢？这时候我们需要知道角度的变化情况。因此，我们还需要一个角度加速度计（陀螺仪）。陀螺仪的发明也离不开牛顿的功劳，正是他研究了高速旋转刚体的力学问题，才为后人提供了发明陀螺仪的理论研究。陀螺仪再加上加速度计，就是惯性导航的传感器部分了。

这样，运动路径就和传感器可测得的加速度、角加速度这两个量联系在了一起。惯性导航就是通过测量这两个瞬时变量，在经过一系列公式运算，就可以将运动路径完完整整的计算出来了。

2、惯性导航的优势

（1）惯性导航定位不需要外源信息

惯性导航可以说是个老古董了，但在今天其地位依旧不可动摇。不管是卫星导航，还是无线电导航，都受限于外源信息。一旦卫星不可用，没有了导航台，那么这些导航系统就完全瘫痪了。

但惯性导航完全不需要借助外源的信息。它用于计算的初始数据来自自身，既不受外界干扰影响，也不向外发送任何信号，更不用借助任何其他设备，所以，惯性导航多用于军事上。

（2）惯性导航定位的连续性

其他的导航定位系统定位时是一个个点，而惯性导航的地位却是连续的曲线，这也是一大优势。

3、惯性导航的局限

当然了，之所以会出现卫星导航，还是因为惯性导航的确定了。比起其他导航，惯性导航有一个较大的局限：积累误差。MCU的运算都是量化的，难免会有误差，而惯性导航更是持续计算，积累起来的误差有时会达到不可接受的地步，解决这个问题的办法通常就是补偿和修正：每隔一段时间重新调整一下位置、速度、角速度这些量进行校正。

4 惯性导航的应用前景

惯性导航在现在应用较多的是把惯性导航和GPS、北斗卫星导航结合在一起，做成组合导航来使用。比如天工测控的GPS/北斗+惯性导航一体车载组合导航系统。

这样，在外界比较开放的环境中，可以使用GPS、北斗卫星导航和定位；在树荫下、高楼群、高架桥、山间隧道、地下停车场等卫星信号较弱甚至消失的场合，可以自动切换至惯性导航来提供精准的导航和定位信息。更多详情可访问天工测控或天工测控阿里店铺。

动次打次歌

这广告打的我是服气的！