[科普中国]-传递对准

简介

把基准坐标系传递给惯性导航系统进行初始对准的方法。

惯性导航系统定义惯性导航系统（INS）是使用计算机，运动传感器（加速度计）和旋转传感器（陀螺仪）的导航辅助装置，以通过推算运动的位置，方向和速度（运动的方向和速度）连续计算 对象，而不需要外部引用。 用于船舶，飞机，潜艇，导弹，航天器等车辆。 用于指惯性导航系统或紧密相关设备的其他术语包括惯性导航系统，惯性仪器，惯性测量单元（IMU）以及许多其他变体。 较旧的INS系统通常使用惯性平台作为车辆的安装点，并且这些术语有时被认为是同义词。1

概述惯性导航是一种独立的导航技术，其中使用加速度计和陀螺仪提供的测量来跟踪对象相对于已知起点，方向和速度的位置和方位。惯性测量单元（IMU）通常包含三个正交速率陀螺仪和三个正交加速度计，分别测量角速度和线性加速度。通过处理来自这些设备的信号，可以跟踪设备的位置和方向。

惯性导航用于广泛的应用，包括航空器，战术和战略导弹，航天器，潜艇和船舶的导航。微机电系统（MEMS）的构建的最新进展使得制造小而轻的惯性导航系统成为可能。这些进步已经扩大了可能的应用范围，包括人类和动物运动捕获等领域。2

惯性导航系统至少包括计算机和包含加速度计，陀螺仪或其它运动感测装置的平台或模块。 INS最初被提供有来自伴随初始定向的另一个源（人类操作者，GPS卫星接收机等）的位置和速度，然后通过积分从运动传感器接收到的信息来计算其自己的更新的位置和速度。 INS的优点是，它不需要外部参考，以便在初始化之后确定其位置，方向或速度。

INS可以检测其地理位置的变化（例如，向东或北移动），其速度（速度和运动方向）的变化以及其方位（绕轴的旋转）的变化。它通过测量施加到系统的线性加速度和角速度来实现。由于不需要外部参考（初始化后），因此不受干扰和欺骗。

惯性导航系统用于许多不同的移动物体，包括飞机，潜艇，航天器和导弹等车辆。然而，它们的成本和复杂性对实际使用的环境造成了限制。

陀螺仪测量传感器框架相对于惯性参考系的角速度。通过将惯性参考系中的系统的原始方向用作初始条件并对角速度进行积分，系统的当前方向始终是已知的。这可以被认为是汽车上的蒙住眼睛的乘客能够感觉到汽车向左右转，或者随着汽车上升或下降，上下倾斜。根据这些信息，乘客知道汽车正在面对的方向，但不知道车辆的行驶速度有多快或慢，还是侧向滑行。3

加速度计测量移动车辆在传感器或车体框架中的线性加速度，但是在相对于移动系统只能测量的方向上（由于加速度计固定在系统上并与系统一起旋转，而是不知道它们自己的方向）。这可以被认为是车辆中蒙住眼睛的乘客能够随着车辆向前加速或向前拉动而感到自己被压回座位，当汽车通过山顶并开始下降时，车辆加速上坡或爬出座位时，感觉自己被压入座位。根据这些信息，他们知道车辆相对于自身的加速，即是否向前，向后，向左，向右（朝向汽车的天花板）或向下（朝向汽车的地板）测量的相对速度而不是相对于地球的方向，因为当感觉到加速度时，他们不知道汽车相对于地球面临什么样的方向。

然而，通过跟踪系统的当前角速度和相对于移动系统测量的系统的当前线性加速度，可以确定系统在惯性参考系中的线性加速度。使用正确的运动学方程式对惯性加速度（使用原始速度作为初始条件）进行积分产生系统的惯性速度，并再次积分（使用原始位置作为初始条件）产生惯性位置。在我们的例子中，如果蒙住眼睛的乘客知道汽车是如何被指向的，以及在被蒙住眼睛之前的速度，如果他们能够跟踪汽车的转向以及如何加速和减速，那么他们可以随时准确地知道汽车的当前方位，位置和速度。

初始对准惯性导航系统开始导航之前的工作状态。在此期间，一般进行坐标系对准、初始参数的测定和装定，这个过程叫做初始对准。