惯性导航讲解（概念以及主要部件的讲解）

1.惯性导航概念

利用惯性测量元件（陀螺仪、加速度计）测量载体相对惯性空间的角运动参数和线运动参数，在给定运动初始条件下，经导航解算得到载体速度、位置及姿态和航向的一种导航方法。

（注意：惯性导航是基于牛顿力学的，所以是在惯性空间中的，它有一个初始条件。）

2.一些主要元件介绍

惯性导航元件包括加速度计、陀螺仪、磁力计、GPS等

A. 加速度计

先只看一个维度的，如上图左边部分。

胡可定律：F = - kx       牛顿第二定律：F = ma

以上两个公式可求得一个方向的加速度。同理，也可以分别求出三个维度的加速度，从而得到三维空间的加速度 a（如上图右边部分，三轴加速度计）。

上图把求得的空间加速度分解到坐标系上，（坐标系的x轴指向东方，y轴指向北方，z轴指向天），把加速度进行积分运算，可以得到速度，再积分运算，可以得到运动位移。

B. 陀螺仪

从上图可知，陀螺仪由常平架、转子、转轴、框架组成。（常平架可随意转动，转轴固定不动）
工作原理：不管外部的常平架怎么旋转，里面的转轴都指向原来固定方向。在运动过程中，通常把载体与常平架锁定，通过比对转轴和常平架外壳的夹角和方向来定向。
同时也可以测得其角速度，通过积分运算得到角度。

C. 磁力计

首先说一个常识，如下图，地球本身就相当于一个条形磁铁，由磁南极指向磁北极。在磁极点处，磁场和当地水平面垂直。在赤道，磁场和当地水平面平行。磁北极和地理上的北极并不重合。

磁力计可以测得地磁场，地磁场是一个矢量。对于一个固定的地点，这个矢量可以被分解为三个分量（2个与当地水平面平行，1个与当地水平面垂直）。

假设下图 ，B 为某地的地磁场，mx，my，mz 分别为地磁场B在X,Y,Z轴上的分量。
可以看到地磁场B在XY平面上与磁北的夹角为Hm，而磁北又与真北的夹角为，从而得到 地磁场B 与 真北 的夹角，即为航向角。

D. 卫星GPS

GPS原理：人造卫星向地球表面发射经过编码调制的连续无线电信号，信号中包含发射时间，以及卫星在空间的准确位置。接收机接收这些无线电信号，测量信号到达的时间，计算卫星和用户之间的距离。再用导航算法（最小二乘法或滤波估计）解算用户位置。

3.惯性导航工作原理图