惯性导航技术的应用研究

赵天 湖南省长沙市第一中学

惯性导航技术是近年来诞生的一门新兴技术，可以借助惯性元件来测量运载体加速度，经过运算与积分获取到位置与速度，从而达到精准定位的目的。惯性导航设备都设置在运载体内，既不需要依赖外界信息，也不会受到外界因素的干扰，有着良好的应用与发展前景。

1 惯性导航技术的介绍

惯性导航系统主要由计算机、惯性测量装置、控制显示器、陀螺仪、加速计等装置组成，其中，陀螺仪是惯性导航系统的核心内容，其发展流程经历了四个阶段:

第一代是1930年以前的惯性技术，是现代惯性导航技术的发展雏形；

第二代诞生于上世纪40年代，其研究内容开始从惯性仪表技术扩展至了惯性导航系统；

第三代诞生于上世纪70年代初期，在第二代基础上新增了新型陀螺、导航系统以及加速度计。

目前，惯性导航技术进入了第四代，也开始朝着高可靠性、数字化、低成本、高精度的方向发展。根据目前惯性导航的常见安装方式，可以将其分为平台式与捷联式两种类型，其中平台式又可以分为空间稳定与本地水平两类；捷联式则包括速率型与位置型两类，分别使用速率陀螺仪与自由陀螺仪。

2 惯性导航技术的应用

2.1 惯性导航技术在地下定位机器人中的应用

目前，越来越多的机器人应用了导航系统，在地下矿山中，机器人的使用会受到多种因素的影响，传统导航系统并不实用，而惯性导航技术不会受到外界环境的影响，非常适合应用在地下矿山机器人之中。近年来诞生的煤矿移动机器人组合定位系统，就是应用了数字罗经、捷联惯性测量装置以及传感器，定位系统可以快速准确的提供机器人的速度、位置与姿态。为了避免干扰，装置设置在机器人防磁金属外壳之中，并应用了激光测距仪、里程仪、ZUPT、自然地标等来修正定位误差，进一步提高了系统的定位准确性。

2.2 惯性导航技术在无人载体中的应用

无人载体主要由基础模块、功能模块两部分组成，在基础模块中，需要设置自动控制系统、供电系统以及导航定位系统。为了保证导航精度，研究人员将地磁惯性组合导航系统应用在其中，整个系统由地磁数据库、惯性导航系统、匹配计算机、地磁传感器组成，内部设置了修正模型，可以根据地理、时间等因素的变化对模型进行修正、补偿，得到正确的地理方位。

2.3 惯性导航技术在管道测绘仪中的应用

管道测绘仪是石油、天然气管道测量的关键仪器，是基于光纤陀螺管道测绘系统研发而来，这一系统使用便捷、结构小巧，广泛应用在了天然气、石油管道的测量中，可以为管道状态的维护与监测工作提供有效依据。系统由捷联式INS测量单元、光纤陀螺、里程计、DGPS地标组合构成，在经过管道时，可以计算出各点的位置参数和姿态信息，有效提高了测量的准确度和精度。这种测试系统不会受到周围的磁场干扰，在任何管道之中，都适合使用。

2.4 惯性导航技术在石油钻井测量中的应用

石油开采对于钻井测量方位、深度准确度的要求非常高，需要应用油井测斜仪器，油井测斜仪器是基于惯性测量技术研发而来，可以获取到理想的方位角度和精度信息，从而帮助测试人员了解油层分布情况与钻井方向的信息。目前常用的光纤陀螺自主油井测斜仪使用的是捷联惯性导航技术，可以方便的得出水平井的方位角与倾斜角，在任何情况下，都不会受到井下磁场的干扰。此外，应用光纤陀螺自主油井测斜仪，不需要借助其他的设备，测量速度快、可靠性高、精度好，能够无角度、全方位的进行连续测量，满足了常规的测量需求。

2.5 惯性导航技术在智能交通中的应用

智能交通技术将定位导航技术、信息融合技术、自动控制技术、计算机网络处理技术、图象分析技术融合起来，构建出了准确、实时、高效的运输系统，惯性导航技术是智能交通的核心内容，只有在精准定位的情况下，才能够保证行驶安全性、改善交通，解决数据信号丢失与更新率低的问题。

3 结束语

惯性导航是唯一的完全自主的导航方式，不依赖于任何外界信息的纯惯性导航系统依然是一个独立而有意义的研究方向。随着对高性能自主导航系统的应用需求不断增强和多模 GNSS 技术的广泛应用，组合导航系统将逐步替代纯粹的 INS 成为未来的主要导航手段。

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