[科普中国]-惯性定位定向系统

简介

它具有自动化程度高、寻北时间短、准确度高等特点，与传统的磁式测北相比精度高、可靠性高、性能稳定，此外寻北仪技术具有良好的环境适应性。可应用在导弹武器系统机动发射的瞄准系统，炮兵阵地联测，隧道施工及其它需要建立方位基准的领域。

惯性定位系统和快速测地系统统称为惯性大地测量系统，它们都是在惯性导航系统的基础上改进而成的。下面仅以惯性定位系统为例说明基本组成、各部分功用和基本工作原理1。

系统组成和各部分功用惯性定位系统硬件由五部分组成：

(1)惯性测量组合包括一个四框架稳定平台台体，利用两个二自由度陀螺仪和平台伺服系统使之稳定。三个加速度表相互正交地安装在平台台体上。其作用是提供实际的计算坐标系并给出运动加速度的测量结果。

(2)数据处理组合(即车载数字计算机)包括存储器和与其它各部分联系所需要的输入输出接口。其作用是完成系统工作过程中所需要的全部运算。

(3)控制与显示组合包括控制台和显示设备。操作手利用它对系统进行各种控制操作，如：可以输入数据，收看各种数据，监视系统工作状态等等。

(4)数据存储组合包括一个盒式磁带记录器。用于存储测量数据和向数据处理组合装、卸程序。

(5)电源组合提供系统工作所需要的各种电源。它的输入是由测量车供电系统提供的26伏直流电压。

惯性定位系统软件美国利登公司研制的惯性定位系统使用两种软件：一种是最初为系统设计的标准惯性定位系统软件，另一种是为提高系统确定重力异常和垂线偏差精度而设计的快速测地软件。两种软件的功能包括:惯性敏感组合校准、惯性平台的初始对准、平台的控制和导航、卡尔曼滤波和自适应滤波、位置测量结果的事后平滑、平滑前和平滑后位置数据的存储等等。两种软件之间的主要区别是，在快速测地系统中惯性敏感组合工作时，不对平台台体实行实时的调平控制，而惯性定位系统中的平台工作时，需要实时进行调平控制。此外，快速测地软件与惯性定位软件相比有较好的卡尔曼滤波程序编排2。

基本工作原理惯性定位系统工作原理与半解析式惯性导航系统工作原理基本上相同。

系统工作之前首先进行初始对准，使惯性敏感组合平台台体相对当地水平面调平，使北加速度表和东加速度表的敏感轴分别对准北向和东向。并将起始点的大地参数输入系统的计算机。装有惯性测量系统的地面运载工具(如汽车)出发以后，惯性敏感组合利用三个加速度表分别测出沿北、东、垂直三个方向的运动加速度，以数字形式输入车载计算机，进行两次积分运算后得到沿北、东、垂直三个方向的位置变化量，再分别与它们的初值相加即得到每时每刻的位置坐标，达到定位的目的。与此同时，利用实时得到的加速度表输出结果和测量车位置坐标测量结果，经过计算机软件处理得到平台伺服系统三个通道的控制信号。将该控制信号输入到伺服驱动装置，使惯性敏感组合平台转动，从而使三个加速度表的敏感轴(即平台的三个轴)与参考座标轴方向始终保持一致。

发展陀螺寻北仪可广泛应用于预警雷达、炮群、坦克、步兵战车、侦察车辆、自行火炮、布雷车以及火箭炮、雷达定向系统等。还可用于大地测量、地形测量，以及建筑工程(地铁、坑道、矿井、道路、堤坝、桥梁的建设等等)施工过程中进行天文方位角的测量。陀螺寻北仪具有较大的市场需求、高精度陀螺寻北仪的研制开发，不仅适应了市场的需要，可创造一定的经济效益，作为一项惯性技术，也有一定的社会效益。高精度陀螺寻北仪技术指标如下: 寻北时间：不大于6.5min ；寻北精度（1σ）：不大于10″3。