慣性導航的原理是什麼?

時間 2021-05-31 00:16:04

1樓:Pete白世達

簡單來說,慣性導航系統是以陀螺儀和加速度計為基礎的導航引數解算系統。根據陀螺儀的的輸出建立導航座標系根據加速度計的輸出算出物體的速度和位置

其實就是以牛頓力學定律為基礎的一種推導式的導航方式:

根據已知點的位置和速度,推算當前的加速度、速度和位置。

所以,慣性導航系統不依賴於外部資訊,但由於定位資訊是通過對時間積分獲得的,因此誤差會隨著時間的積累而增加,因此需要利用外部資訊進行輔助矯正。

2樓:龍川

導航的作用就是測量方向和位置,希望確定目標在地球上座標。

慣性導航與GPS等其他導航作用相同,不同點在於慣性導航通過自身慣性元件進行測量,不對外傳送無線訊號,利於隱蔽。

3樓:小北

慣性導航,是一種無源導航,不需要向外部輻射或接收訊號源,就能自主進行確定自己在什麼地方的一種導航方法。

慣性導航主要由慣性器件計算實現,慣性器件包括陀螺儀和加速度計。一般來說,慣性器件與導航物體固連,加速度計測量物體運動的加速度,已知初始狀態(速度和位置),加速度不斷積分就可以計算出每個時刻速度和位置,就是這麼簡單的道理計算出速度位置進行導航。但是問題來了,陀螺儀是幹嘛用的?

這要從上述積分過程來講,加速度直接積分是不對的,直接積分只能準確體現物理的線運動過程,對於角運動,並不可行。試想一下,乙個物理在做向心運動,基本是在原地不動,直接積分向心加速度肯定不對,再寫啊,地球是橢圓的,而且地球繞著太陽轉,我們常說的導航都是對地球導航的,而慣性器件測量的是慣性空間的,一般來說,相對於太陽恆星的。所以,在物體整個過程中,勢必存在轉動情況,這個轉動過程就是陀螺儀來跟蹤的。

有了陀螺儀和加速度計,物體的平動和轉動都有了測量量,剩下的就是對應積分運算,這樣就可以計算出準確的速度位置量了,當然物體的姿態也是中間重要的計算量。

4樓:劉添億

使用以慣性系作為參考的感測器,計算得到導航結果,所以叫慣性導航。

同乙個運動的物體,在不同的慣性參考係中,位移、速度可能是不同的。但是在不同的參考係中,同乙個物體的速度增量、角度增量是相同的,進而加速度、角速度是相同的。(注意,這裡說的是參考係、不是座標系,速度增量、角度增量、加速度、角速度它們的座標不一定相同,但是實質的方向和大小是相同的)

我們把測量載體相對於慣性系的加速度、角度增量、角速度的的感測器稱為慣性感測器。利用這些感測器的導航就是慣性導航。

加速度積分是速度變化量,可以求出速度。速度積分是位移,可以求出位置。方向也是類似的求法。

這是一種積分的運算。舉個例子,這有點像是我們閉著眼睛走路:如果我們向前走10步、右拐90°、再向前走10步、右拐90°、再向前走10步,那麼我們的位置大約是初始位置的右側10步。

(閉眼走路不算是狹義的慣性導航,但是可以算是廣義的基於積分的導航,和慣性導航有相通之處)

我們常用的導航系往往不是慣性系,所以慣性導航有很多非常麻煩的修修補補的問題。比如,以地面作為參照來導航,就應該把地球自轉引起的陀螺儀數值補償掉。此外,地球是圓的,如果物體高速移動,即使物體姿態相對於慣性系不變,物體相對於地面的姿態也會因為位置變化而變化,這也是應該補償的。

此外,實際上,加速度感測器不能區分加速度和萬有引力。(這個結論叫等效原理,和廣義相對論有一些關係)做慣性導航計算的時候還要把萬有引力的干擾補償掉。

慣性導航的主要優勢有幾點:1.慣性感測器不依賴於外界的訊號,比如無線電、可見光、路標等等,抗干擾。

2.慣性感測器取樣率比較高(工作速度比較快),對於機動性比較好的物體其它導航方式速率不一定夠用。

慣性導航的缺點,主要在於誤差非常容易擴大。這就像乙個不准的手錶,一天不對錶或許也能勉強,但是10年不對錶這個表就沒法提供正確時間了。慣性導航比不准的手錶問題更嚴重,誤差非常容易擴大。

所以,我們希望盡量可以把其它導航方式與慣性導航結合使用,兼有抗干擾、速率高、誤差有限的優點。

總之,慣性導航基本原理很簡單(積分計算),但是實際應用很麻煩(五花八門的補償)。

5樓:yach

利用慣性元件(加速度計)來測量運載體本身的加速度,經過積分和運算得到速度和位置,從而達到對運載體導航定位的目的。雅馳實業隨時可以為對慣性導航系統有疑問的人做詳細的解答。

6樓:tony

慣性導航系統慣性導航系統是以陀螺和加速度計為敏感器件的導航引數解算系統,該系統根據陀螺的輸出建立導航座標系,根據加速度計輸出解算出運載體在導航座標系中的速度和位置。

慣性導航系統也稱作慣性參考系統,是一種不依賴於外部資訊、也不向外部輻射能量(如無線電導航那樣)的自主式導航系統。其工作環境不僅包括空中、地面,還可以在水下。慣性導航的基本工作原理是以牛頓力學定律為基礎,通過測量載體在慣性參考係的加速度,將它對時間進行積分,且把它變換到導航座標系中,就能夠得到在導航座標系中的速度、偏航角和位置等資訊。

我裝的擎感智慧型車腦一般都用不到慣性導航,高架和隧道都能夠很順暢從不掉鍊子,地圖也很新,剛開的一條小路都有顯示,我感覺這個慣性導航用處不大吧~個人意見。

7樓:

慣性導航依據陀螺儀和加速度計採到的資料經解算得出到經度,緯度,高度,航向角,俯仰角,橫滾角的資訊。當然這主要適用於飛機。。實際上在其他用途比如手機MEMS可以只解算需要的參量

8樓:

如果要我推薦一本不需要專業課程知識就能較為全面的了解慣性技術的原理和應用,我會推薦《海陸空天顯神威———慣性技術縱橫談》這本書,丁衡高院士寫的,暨南大學和清華大學出版社出版。

9樓:柳翔天

簡單來說,

速度是加速度在時間上的積分

位移是速度在時間上的積分

當你知道任意時刻(你)的加速度,你就可以知道任意時刻的位移。

而你的加速度,可以通過手機的加速度以及手機的朝向判斷。

(其實個人認為,可以通過加速度的導數而不是加速度來判斷)(高三剛畢業,求輕噴)

10樓:趙韓

樓上的回答是對的。如果要細化,需要了解慣性空間、座標系轉換、常用座標系定義、數值分析等物理概念和數值演算法的知識。

不帶任何偏見的對比,計算機專業應屆碩士畢業就可以在實際產品開發時獨擋一面,慣性導航專業博士畢業在產品開發中才算入門,打雜兩年再說。為什麼這麼說?因為我是搞慣導的,這麼說才能抬高自己。

手機能否實現單純的慣性導航?

在我看來這樣的純慣性解算,不太實際,現在很多利用步態檢測來獲取行人的運動軌跡。但是精度達不到要求,誤差積累太大。其實這點大可不必,室外情況下衛星導航精度是蠻高的,在室外GPS訊號不好的時候可以嘗試用慣性導航還彌補GPS的短暫缺失,時間太長也就不行了。通過慣性解算得到使用者的行進方向和位移資訊,結合G...

飛機的導航系統是什麼概念?

Louis 瀉藥。飛機種類很多,導航的需要各有不同。通航飛機飛得近,飛得低,需要的導航系統相對簡單,可能有一套基於GPS的導航系統,和一套基本儀表就可以了。民航客機飛得遠,飛得高,商載有旅客及貨物,飛行安全的要求比較高,根據這種需要以及法規的規定,機上的導航系統以多種方案並行的方式存在,且有冗餘設計...

慣性的本質到底是什麼?

林光爵 觀察到穿溜冰鞋可以滑行,觀察到改變滑行要出力,於是感覺到物體前進會繼續前進。為什麼會繼續前進不停止,乙個推理說法是 如果物質前進會停止,則宇宙應該小小的,現在看到宇宙這麼大,那麼就是物質前進停不下來。或說,如果物質前進會轉彎,則宇宙應該小小的,現在看到宇宙這麼大,那麼就是物質前進不轉彎。若有...