捷联式惯性导航系统

3.3　捷联式惯性导航系统

捷联式惯性导航系统是把惯性仪表直接固连在载体上，利用计算机来完成导航平台功能的惯性导航系统，其工作原理如图3-5所示。导航加速度计和陀螺直接安装在航行器上。用陀螺测量的角速度信息减去计算的导航坐标系相对惯性空间的角速度，则得到载体坐标系相对导航坐标系的角速度，进行姿态矩阵的计算，然后把载体坐标系轴向的加速度信息转换到导航坐标系进行导航计算。

姿态矩阵的计算、加速度信息的坐标变换、姿态与航向角的计算，构成所谓的“数学平台”。

与平台式惯性导航系统相比，捷联式惯性导航系统由于省去了导航平台，从而给系统带来了如下优点:

(1)整个导航系统体积小、重量轻、成本低;

(2)惯性敏感器件便于安装、维护和更换;

(3)可以以很高速率和精度用数字形式提供载体姿态，并且可以直接给出载体轴向的线加速度和角速度;

(4)惯性仪表便于采用冗余配置，这对提高系统的性能和可靠性十分有利;

(5)由于省去了机电平台，简化了硬件，结构简单、故障少，同时也消除了稳定平台在稳定过程中的各种误差;

(6)决定系统精度的重要因素———捷联式惯导系统初始基准的建立放在计算机实现的“数学平台”上。

图3-5　捷联式惯性导航系统原理

然而，捷联式惯性导航系统的结构特征也带来了一些问题:

(1)当惯性敏感器遭受舰船的振动、冲击及温度波动等恶劣环境影响时，惯性敏感器的输出信息将会产生严重的动态误差，从而给导航带来一定的影响。

(2)由于捷联惯导系统在计算机中通过实时计算获得姿态矩阵，进而建立数学平台，所以姿态更新计算是捷联惯导系统的算法核心，也是影响系统导航精度的主要因素。为保证惯性敏感器的参数和性能有很高的稳定性以及减小捷联算法动态误差则要求在系统中采取误差补偿措施。