慣性導航系統(tǒng)（INS，Inertial Navigation System）是一種利用慣性敏感器件、基準方向及最初的位置信息來確定運載體在慣性空間中的位置、方向和速度的自主式導航系統(tǒng)，也簡稱為慣導。

慣性導航技術的發(fā)展歷程

第一代慣性導航技術指 1930 年以前的慣性技術，奠定了整個慣性導航發(fā)展的基礎。牛頓三大定律成為慣性導航的理論。

第二代慣性技術開始于上世紀 40 年代火箭發(fā)展的初期，其研究內容從慣性儀表技術發(fā)展擴大到慣性導航系統(tǒng)的應用。

70 年代初期，第三代慣性技術發(fā)展階段出現(xiàn)了一些新型陀螺、加速度計和相應的慣性導航系統(tǒng)，其研究目標是進一步提高INS 的性能，并通過多種技術途徑來推廣和應用慣性技術。

當前，慣性技術正處于第四代發(fā)展階段，其目標是實現(xiàn)高精度、高可靠性、低成本、小型化、數(shù)字化、應用領域更加廣泛的導航系統(tǒng)。

比如隨著量子傳感技術的迅速發(fā)展，在慣性導航技術中，利用原子磁共振特性構造的微小型核磁共振陀螺慣性測量裝置具有高精度、小體積、純固態(tài)、對加速度不敏感等優(yōu)勢，成為新一代陀螺儀的研究熱點方向之一。

慣性導航的組成

慣性導航包括慣性測量單元（Inertial Measurement Unit，簡稱IMU）和計算單元兩大部分。通過IMU感知物體方向、姿態(tài)等變化信息，再經(jīng)過各種轉換、補償計算得到更準確的信息。比如檢測物體的初始位置、初始朝向、初始姿態(tài)以及接下來每一刻朝向、角度的改變，然后把這些信息加一起不停地推，推算出物體現(xiàn)在的朝向和位置。

IMU主要由加速度計和陀螺儀組成，可實時檢測物體的重心方向、俯仰角、偏航角等信息，如果還加上電子羅盤和氣壓計等傳感器，那IMU的測量信息量與精度也相應地能得到一定的提高。

而計算單元則主要由姿態(tài)解算單元，積分單元和誤差補償單元這三部分組成。

慣性導航的工作原理

慣性導航的目的是實現(xiàn)自主式導航，即不依賴外界信息，包括衛(wèi)星信號、北極指引等。那么慣性是如何實現(xiàn)的呢？

慣性導航工作的核心原理是：它從過去自身的運動軌跡推算出自己目前的方位。其工作技術原理不外乎就是以下三條基本公式：距離=速度×時間，速度=加速度×時間，角度=角速度×時間。

首先，檢測（或設定好）初始信息，包括初始位置、初始朝向、初始姿態(tài)等。

然后，用IMU時刻檢測物體運動的變化信息。其中，加速度計測量加速度，利用原理 a=F/M，測量物體的線加速度，然后乘以時間得到速度，再乘以時間就得到位移，從而確定物體的位置；而陀螺儀則測量物體的角速率，以物體的初始方位作為初始條件，對角速率進行積分，進而時刻得到物體當前方向；還有電子羅盤，能在水平位置確認物體朝向。這3個傳感器可相互校正，得到較為準確的姿態(tài)參數(shù)。

最后，通過計算單元實現(xiàn)姿態(tài)解、加速度積分、位置計算以及誤差補償，最終得到準確的導航信息。

另外重點講講慣性導航是如何通過坐標系模型實現(xiàn)定位的？

日常生活中，我們都通過坐標來定位，二維定位是x軸和y軸，三維定位則加上z軸。通過x軸、y軸和z軸的坐標系模型，傳感器能夠測量各軸方向的線性運動，以及圍繞各軸的旋轉運動。