慣性導航的優勢、局限及應用前景

2021-01-09 智慧解決方案

1、慣性導航的理論依據

說到慣性導航的理論依據,那就不得不提牛頓對慣性導航的貢獻!慣性導航裡用到的兩個重要工具:牛頓第二定律和微積分都與牛頓有著密不可分的聯繫。

牛頓第二定律告訴我們:dv/dt=a,而路程與時間的關係也顯而易見:ds/dt=v,這樣就將路程與加速度聯繫在了一起。路程與速度都不能直接測量,但加速度可以,只要有加速度,就能知道每時每刻的路程了。

但是現實情況不是一維,而是三維立體空間。怎麼辦呢?這時候我們需要知道角度的變化情況。因此,我們還需要一個角度加速度計(陀螺儀)。陀螺儀的發明也離不開牛頓的功勞,正是他研究了高速旋轉剛體的力學問題,才為後人提供了發明陀螺儀的理論研究。陀螺儀再加上加速度計,就是慣性導航的傳感器部分了。

這樣,運動路徑就和傳感器可測得的加速度、角加速度這兩個量聯繫在了一起。慣性導航就是通過測量這兩個瞬時變量,在經過一系列公式運算,就可以將運動路徑完完整整的計算出來了。

2、慣性導航的優勢

1)慣性導航定位不需要外源信息

慣性導航可以說是個老古董了,但在今天其地位依舊不可動搖。不管是衛星導航,還是無線電導航,都受限於外源信息。一旦衛星不可用,沒有了導航臺,那麼這些導航系統就完全癱瘓了。

但慣性導航完全不需要藉助外源的信息。它用於計算的初始數據來自自身,既不受外界幹擾影響,也不向外發送任何信號,更不用藉助任何其他設備,所以,慣性導航多用於軍事上。

2)慣性導航定位的連續性

其他的導航定位系統定位時是一個個點,而慣性導航的地位卻是連續的曲線,這也是一大優勢。

3、慣性導航的局限

當然了,之所以會出現衛星導航,還是因為慣性導航的確定了。比起其他導航,慣性導航有一個較大的局限:積累誤差。MCU的運算都是量化的,難免會有誤差,而慣性導航更是持續計算,積累起來的誤差有時會達到不可接受的地步,解決這個問題的辦法通常就是補償和修正:每隔一段時間重新調整一下位置、速度、角速度這些量進行校正。

4、慣性導航的應用前景

慣性導航在現在應用較多的是把慣性導航和GPS、北鬥衛星導航結合在一起,做成組合導航來使用。比如GPS/北鬥+慣性導航一體車載組合導航系統。

這樣,在外界比較開放的環境中,可以使用GPS、北鬥衛星導航和定位;在樹蔭下、高樓群、高架橋、山間隧道、地下停車場等衛星信號較弱甚至消失的場合,可以自動切換至慣性導航來提供精準的導航和定位信息。

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