慣性導航技術的應用研究

趙天 湖南省長沙市第一中學

慣性導航技術是近年來誕生的一門新興技術，可以借助慣性元件來測量運載體加速度，經過運算與積分獲取到位置與速度，從而達到精準定位的目的。慣性導航設備都設置在運載體內，既不需要依賴外界信息，也不會受到外界因素的干擾，有著良好的應用與發展前景。

1 慣性導航技術的介紹

慣性導航系統主要由計算機、慣性測量裝置、控制顯示器、陀螺儀、加速計等裝置組成，其中，陀螺儀是慣性導航系統的核心內容，其發展流程經歷了四個階段:

第一代是1930年以前的慣性技術，是現代慣性導航技術的發展雛形；

第二代誕生于上世紀40年代，其研究內容開始從慣性儀表技術擴展至了慣性導航系統；

第三代誕生于上世紀70年代初期，在第二代基礎上新增了新型陀螺、導航系統以及加速度計。

目前，慣性導航技術進入了第四代，也開始朝著高可靠性、數字化、低成本、高精度的方向發展。根據目前慣性導航的常見安裝方式，可以將其分為平臺式與捷聯式兩種類型，其中平臺式又可以分為空間穩定與本地水平兩類；捷聯式則包括速率型與位置型兩類，分別使用速率陀螺儀與自由陀螺儀。

2 慣性導航技術的應用

2.1 慣性導航技術在地下定位機器人中的應用

目前，越來越多的機器人應用了導航系統，在地下礦山中，機器人的使用會受到多種因素的影響，傳統導航系統并不實用，而慣性導航技術不會受到外界環境的影響，非常適合應用在地下礦山機器人之中。近年來誕生的煤礦移動機器人組合定位系統，就是應用了數字羅經、捷聯慣性測量裝置以及傳感器，定位系統可以快速準確的提供機器人的速度、位置與姿態。為了避免干擾，裝置設置在機器人防磁金屬外殼之中，并應用了激光測距儀、里程儀、ZUPT、自然地標等來修正定位誤差，進一步提高了系統的定位準確性。

2.2 慣性導航技術在無人載體中的應用

無人載體主要由基礎模塊、功能模塊兩部分組成，在基礎模塊中，需要設置自動控制系統、供電系統以及導航定位系統。為了保證導航精度，研究人員將地磁慣性組合導航系統應用在其中，整個系統由地磁數據庫、慣性導航系統、匹配計算機、地磁傳感器組成，內部設置了修正模型，可以根據地理、時間等因素的變化對模型進行修正、補償，得到正確的地理方位。

2.3 慣性導航技術在管道測繪儀中的應用

管道測繪儀是石油、天然氣管道測量的關鍵儀器，是基于光纖陀螺管道測繪系統研發而來，這一系統使用便捷、結構小巧，廣泛應用在了天然氣、石油管道的測量中，可以為管道狀態的維護與監測工作提供有效依據。系統由捷聯式INS測量單元、光纖陀螺、里程計、DGPS地標組合構成，在經過管道時，可以計算出各點的位置參數和姿態信息，有效提高了測量的準確度和精度。這種測試系統不會受到周圍的磁場干擾，在任何管道之中，都適合使用。

2.4 慣性導航技術在石油鉆井測量中的應用

石油開采對于鉆井測量方位、深度準確度的要求非常高，需要應用油井測斜儀器，油井測斜儀器是基于慣性測量技術研發而來，可以獲取到理想的方位角度和精度信息，從而幫助測試人員了解油層分布情況與鉆井方向的信息。目前常用的光纖陀螺自主油井測斜儀使用的是捷聯慣性導航技術，可以方便的得出水平井的方位角與傾斜角，在任何情況下，都不會受到井下磁場的干擾。此外，應用光纖陀螺自主油井測斜儀，不需要借助其他的設備，測量速度快、可靠性高、精度好，能夠無角度、全方位的進行連續測量，滿足了常規的測量需求。

2.5 慣性導航技術在智能交通中的應用

智能交通技術將定位導航技術、信息融合技術、自動控制技術、計算機網絡處理技術、圖象分析技術融合起來，構建出了準確、實時、高效的運輸系統，慣性導航技術是智能交通的核心內容，只有在精準定位的情況下，才能夠保證行駛安全性、改善交通，解決數據信號丟失與更新率低的問題。

3 結束語

慣性導航是唯一的完全自主的導航方式，不依賴于任何外界信息的純慣性導航系統依然是一個獨立而有意義的研究方向。隨著對高性能自主導航系統的應用需求不斷增強和多模 GNSS 技術的廣泛應用，組合導航系統將逐步替代純粹的 INS 成為未來的主要導航手段。

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