也許有朋友在自駕出游的路上駛入偏僻地區時,會遇到車載導航系統的提示:“GPS信號丟失,已轉入慣性導航!”如果你不了解慣性導航,一定會一臉迷惑。其實車載導航系統遇到GPS衛星信號丟失的情況,并不罕見。GPS目前在全球部署了24顆導航衛星,接收機至少要接收到其中4顆衛星發出的信號才能做出定位。所以當遇到建筑物、茂密樹木、金屬物等的遮蔽時,GPS就會出現無法搜星定位的情況。
這時,有的車載導航系統就會自動切換到慣性導航模式。我們拿空間中的運動體比如飛機來說。飛機的運動可以描述成兩類,一是質心(指物質系統上被認為質量集中于此的一個假想點)的移動,也稱為線運動,相關聯的導航參數有飛行速度、位置等;另一類是飛機繞質心的轉動,也稱為角運動,相應的導航參數有飛機的姿態角和航向角等。慣性導航,是利用陀螺儀和加速度計這兩種慣性器件,去分別測出飛機相對于慣性空間的角運動信息和線運動信息,并在給定初始條件下,由計算機推算出飛機的姿態、航向、速度、位置等導航參數的自主式導航方法。牛頓力學定律是慣性導航的理論基礎。
現代比較常見的幾種導航技術中,只有慣性導航是自主的,既不向外界輻射東西,也不用看天空中的恒星或接收外部的信號,它的隱蔽性是最好的。
慣性導航,并不像大家所認為的那樣“不靠譜”,像國家的很多戰略、戰術武器,再如洲際飛行的民航飛機等,都必須依賴慣性導航系統或者慣導系統和其他類型的導航系統的組合。它的造價也比較昂貴,一臺導航級(即1小時誤差1海里)的慣導系統至少要幾十萬,而這種精度足夠波音747這樣的飛機使用了。現在,隨著MEMS(微電子機械系統)慣性器件技術的進步,商業級、消費品級的慣性導航才逐漸走進尋常百姓家。