3.1　系統(tǒng)組成及分類

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)由加速度計(jì)測量載體的加速度，并在給定初始運(yùn)動(dòng)條件下，由導(dǎo)航計(jì)算機(jī)計(jì)算出載體的速度、距離以及位置;由陀螺儀測量載體的角運(yùn)動(dòng)，并經(jīng)轉(zhuǎn)換、處理，輸出載體的姿態(tài)和航向。

慣導(dǎo)系統(tǒng)一般由以下幾個(gè)部分組成:

(1)加速度計(jì)

加速度計(jì)主要用來測量載體的加速度。

(2)慣導(dǎo)平臺(tái)

慣導(dǎo)平臺(tái)模擬一個(gè)導(dǎo)航坐標(biāo)系，把加速度計(jì)的測量軸穩(wěn)定在導(dǎo)航坐標(biāo)系下，并用模擬的方法給出載體的姿態(tài)和方位信息。

為克服作用在平臺(tái)上的各種干擾力矩，平臺(tái)必須有以陀螺儀作為敏感元件的穩(wěn)定回路;為使平臺(tái)能跟蹤導(dǎo)航坐標(biāo)系在慣性空間的轉(zhuǎn)動(dòng)，平臺(tái)還必須有從加速度計(jì)到計(jì)算機(jī)再到陀螺儀并通過穩(wěn)定回路形成的跟蹤回路。

(3)導(dǎo)航計(jì)算機(jī)

導(dǎo)航計(jì)算機(jī)主要完成導(dǎo)航計(jì)算和平臺(tái)跟蹤回路中指令角速度信號(hào)的計(jì)算。

(4)控制顯示器

控制顯示器給定初始參數(shù)以及系統(tǒng)需要的其他參數(shù)，顯示各種導(dǎo)航信息。

從結(jié)構(gòu)上來說，慣導(dǎo)系統(tǒng)有平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)(platform inertial navigation system)和捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)(strapdown inertial navigation system，SINS)兩類。二者的主要區(qū)別在于平臺(tái)的構(gòu)建方式上，前者采用物理方式構(gòu)建平臺(tái)，后者采用的是數(shù)學(xué)方式。

平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)，其慣性元件，即陀螺和加速度計(jì)，安裝在一物理平臺(tái)上，利用陀螺通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定平臺(tái)，使其始終仿真一個(gè)空間直角坐標(biāo)系，即導(dǎo)航坐標(biāo)系。而敏感軸則始終位于該坐標(biāo)系的三軸方向上的三個(gè)加速度計(jì)上，從而可以測得三軸方向的運(yùn)動(dòng)加速度值。

捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)沒有實(shí)體平臺(tái)，加速度計(jì)和陀螺儀是直接固定在載體上的，慣導(dǎo)平臺(tái)的功能由計(jì)算機(jī)來完成，故有時(shí)也稱作數(shù)學(xué)平臺(tái)。早期的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)均采用這種平臺(tái)技術(shù)。

在平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，儀表工作條件較好，平臺(tái)能夠直接建立導(dǎo)航坐標(biāo)系，計(jì)算量小，容易補(bǔ)償和可修正儀表的輸出，但其尺寸較大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，可靠性低，維護(hù)費(fèi)用高。而捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)由于省去了平臺(tái)，結(jié)構(gòu)較為簡單，體積小，重量輕，成本低，維護(hù)方便且具有較高的可靠性，但由于加速度計(jì)和陀螺儀直接裝在載體上，工作條件不佳，會(huì)降低儀表的精度，而且計(jì)算量也較大?，F(xiàn)代電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，為捷聯(lián)慣性技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。新一代低成本中等精度的慣性儀表如激光陀螺、光纖陀螺、硅微慣性器件的研制成功，為捷聯(lián)式慣性系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。捷聯(lián)技術(shù)的研究，如算法編排、誤差模型、測試技術(shù)等也迅速得到了發(fā)展。因此，發(fā)展捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)以及以捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的各種組合導(dǎo)航系統(tǒng)，成為今后慣性導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的總趨勢。

按照所采用的導(dǎo)航坐標(biāo)系的不同來分，慣導(dǎo)系統(tǒng)主要有兩類，即當(dāng)?shù)厮綉T導(dǎo)系統(tǒng)和空間穩(wěn)定慣導(dǎo)系統(tǒng)。當(dāng)?shù)厮綉T導(dǎo)系統(tǒng)采用當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系作為導(dǎo)航坐標(biāo)系，包括指北方位慣導(dǎo)系統(tǒng)、自由方位慣導(dǎo)系統(tǒng)以及游動(dòng)方位慣導(dǎo)系統(tǒng)等。空間穩(wěn)定慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航坐標(biāo)系采用慣性坐標(biāo)系，即慣導(dǎo)平臺(tái)穩(wěn)定在慣性空間。這種慣導(dǎo)平臺(tái)只有穩(wěn)定回路，不需要跟蹤回路。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的導(dǎo)航參數(shù)較多，如瞬時(shí)位置、速度、姿態(tài)、航向、已航行距離、待航行距離、航跡角以及偏流角等，其中地理位置、姿態(tài)和航向信息為最基本的導(dǎo)航參數(shù)。航行體的瞬時(shí)地理位置用經(jīng)緯度表示時(shí)，實(shí)際上就是地理坐標(biāo)系(g系)和地球坐標(biāo)系(e系)之間的方位關(guān)系，確定載體的位置，實(shí)質(zhì)上也就是確定兩者之間的方位關(guān)系。載體的姿態(tài)和航向則是載體坐標(biāo)系(b系)和地理坐標(biāo)系(g系)之間的方位關(guān)系。在平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，地理系是由慣導(dǎo)平臺(tái)模擬的，所以，姿態(tài)和航向角可以直接由幾何關(guān)系測量出來;而在捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)中則是通過計(jì)算機(jī)解算得到的。

下面分別針對(duì)平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)，介紹慣導(dǎo)系統(tǒng)的組成及其工作原理。