捷聯式慣性導航(組圖)

捷聯式慣性導航係統  在工作時不依賴外界信息，也不向外界輻射能量，不易受到幹擾破壞，是一種自主式導航係統。

捷聯式慣性導航

　　慣性測量元件（陀螺儀和加速度計）直接裝在飛行器上，用計算機把測量信號變換為導航參數的一種導航技術。現代電子計算機技術的迅速發展為捷聯式慣性導航係統創造了條件。自50年代末人們開始研究這種新型導航係統以來，它已成功地用於導引航天器再入大氣層的飛行。捷聯式慣性導航係統在美國“阿波羅”號飛船上作為備用係統曾發揮了作用。70年代以來，捷聯式慣性導航係統又在導彈和飛機上獲得應用。

　　捷聯式慣性導航係統  在工作時不依賴外界信息，也不向外界輻射能量，不易受到幹擾破壞，是一種自主式導航係統。捷聯式慣性導航係統與平台式慣性導航係統比較有兩個主要的區別：①省去了慣性平台，陀螺儀和加速度計直接安裝在飛行器上，使係統體積小、重量輕、成本低、維護方便。但陀螺儀和加速度計直接承受飛行器的振動、衝擊和角運動，因而會產生附加的動態誤差。這對陀螺儀和加速度計就有更高的要求。②需要用計算機對加速度計測得的飛行器加速度信號進行坐標變換，再進行導航計算得出需要的導航參數（航向、地速、航行距離和地理位置等）。下圖示出捷聯式慣性導航係統原理框圖。這種係統需要進行坐標變換，而且必須進行實時計算，因而要求計算機具有很高的運算速度和較大的容量。

捷聯式慣性導航

　　捷聯式慣性導航係統根據所用陀螺儀的不同分為兩類：一類采用速率陀螺儀，如單自由度撓性陀螺儀、激光陀螺儀（見陀螺儀）等，它們測得的是飛行器的角速度，這種係統稱為速率型捷聯式慣性導航係統；另一類采用雙自由度陀螺儀，如靜電陀螺儀，它測得的是飛行器的角位移，這種係統稱為位置型捷聯式慣性導航係統。通常所說的捷聯式慣性導航係統是指速率型捷聯式慣性導航係統。

　　矩陣變換和姿態、航向信息的計算 　慣性導航的實質是測出飛行器相對導航坐標係（如地理坐標係）的加速度，經過兩次積分得到飛過的距離，從而確定飛行器所在的位置。在捷聯式慣性導航係統中測得的是沿飛行器機體軸向的加速度，因而需要利用數學方法把機體坐標係軸向的加速度信號換算成地理坐標係軸向的加速度信號。常用的坐標換算方法有歐拉角法、方向餘弦法和四元素法三種。歐拉角法用動坐標係相對參考坐標係依次繞3個不同坐標軸轉動的3個角度來描述它們之間的方位關係。這 3個角度稱為歐拉角。方向餘弦法用動坐標係3個坐標軸和參考坐標係3個軸之間的方向餘弦來描述這兩個坐標係相對的方位關係。四元素法用動坐標係相對參考坐標係轉動的等效轉軸上的單位矢量和轉動角度構成四元素來描述動坐標係相對參考坐標係的方位關係。用這三種方法都可以算出兩種坐標係之間的變換矩陣，進行坐標變換並提取姿態和航向信息。

　　初始對準 　即給定導航參數的初始值，計算初始時刻的變換矩陣。捷聯式加速度計測量的重力加速度信號和捷聯式陀螺儀測得的地球自轉角速度信號經計算機計算即可得出初始變換矩陣。

　　餘度配置 　采用多餘部件來提高係統可靠性的方法稱為餘度技術。在捷聯式慣性導航係統中，由於慣性元件直接安裝在飛行器上而有利於采用餘度配置。測量飛行器沿坐標係各軸的加速度和角速度，一般隻須分別沿3個坐標軸配置 3個加速度計和3個單自由度陀螺儀。但隻要一個元件發生故障，係統便不能正常工作。如果在飛行器上適當配置6個加速度計和6個單自由度陀螺儀，使它們的幾何位置構成斜置布局，再用計算機適當處理各元件的輸出信息，那麽即使有2個加速度計和2個單軸陀螺儀損壞，係統也仍能正常工作，這就使得係統的可靠性大大提高。

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