自动驾驶核心之惯性导航

1.惯性导航（Inertial Navigation System, INS）

惯性导航是一种自主式导航设备，能连续、实时、实地不依赖外界信息、不受气候条件等外部因素影响，提供载体位置、姿态、速度等信息。惯性导航主要由惯性测量单元（Inertial Measurement Unit, IMU）和导航解算系统构成，在实际应用中需结合全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）或全球定位系统（Global Position System, GPS）对速度和位置等信号进行初始化，并经过卡尔曼（Kalman）滤波处理而获得精确定位信息；其原理如图1所示。

图1.惯性组合导航工作原理图

其中IMU是以牛顿运动力学定律为基础，通过陀螺仪和加速度计分别感知物体运动角速度和速度的变化，并辅以时间维度进行计算获取所需信息并输出；其原理如图2所示：

图2.惯性测量系统工作原理图

按照力学编排实现形式可分为：捷联式惯性导航系统和平台式惯性导航系统；捷联式惯导，即将惯性测量装置（加速度计和陀螺仪）直接装在飞行器、舰艇、导弹等载体上；而平台式则通过万向支架将惯性测量装置安装在与载体角运动隔离的机电导航平台上，其原理如图3所示。

图3.惯性导航按力学编排分类

平台式惯导采用框架伺服系统发展水平高，造价和维修费用也高，缺陷是框架伺服控制的机电平台会影响其可靠性；捷联式基于数学平台，与载体直接相连易于安装、维修和更换，且体积小，缺陷是惯性测量装置与载体相连导致其工作环境恶化，测量精度下降。

卫星导航和惯性导航是目前最主流的导航技术，卫星导航随着上世纪60年代卫星技术的进步而广泛应用，惯性导航在上世纪80年代随着激光陀螺技术成熟和光纤陀螺问世而广泛应用；导航技术发展历程如图4所示。

图4.导航定位系统的发展历程

卫星制导和惯性制导是当前主流的两种导航定位系统；卫星制导价格低、不累积误差，但依赖卫星信号且易受干扰；惯性导航具有自主式的优点，且随着第四代惯性技术的成熟逐渐向······· 想查看完整报告，了解更多详细内容，请联系我们。

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