慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在船艦導(dǎo)航、陸地導(dǎo)航、航空導(dǎo)航、航天導(dǎo)航四大導(dǎo)航領(lǐng)域中均有應(yīng)用,因此可是說(shuō)是全方面覆蓋的導(dǎo)航。在船艦導(dǎo)航中,主要應(yīng)用是船舶導(dǎo)航系統(tǒng),主要測(cè)量的船舶的航行角,確保行駛在正確的航線(xiàn)上。陸地導(dǎo)航則是裝載在私家車(chē)上,結(jié)合GNSS導(dǎo)航系統(tǒng)為汽車(chē)行駛導(dǎo)航。航空導(dǎo)航主要是用于飛機(jī)導(dǎo)航。因?yàn)榭罩腥狈⒄瘴?,因此飛機(jī)的航線(xiàn)主要是依據(jù)導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)確定的,并且精度的要求較高。航天導(dǎo)航則是裝載在衛(wèi)星、宇宙飛船等航天器上,這類(lèi)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的精度要求更高,且更加穩(wěn)定。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)是一種自主式推算導(dǎo)航技術(shù),不依賴(lài)于外部信息、也不向外部輻射能量。國(guó)產(chǎn)慣性導(dǎo)航INS市場(chǎng)
慣性導(dǎo)航是怎么工作的呢?假設(shè)三軸加速度計(jì),x軸一直指向東方,y軸一直指向北方,z軸一直指向天上,那么慣性導(dǎo)航的任務(wù)就變得特別簡(jiǎn)單,x軸方向上加速度的積分,就是經(jīng)度的變化率,y軸方向上加速度的積分,就是緯度的變化率,z軸方向上加速度的積分,就是高度的變化率。有了經(jīng)緯度的變化率以及經(jīng)緯度的初始值,我們就很容易能夠求得物理當(dāng)前所在的位置。這樣看來(lái),如果不關(guān)注物體的朝向,只用加速度計(jì)就能實(shí)現(xiàn)慣性導(dǎo)航。然而實(shí)際上,我們還必須借助陀螺儀,簡(jiǎn)單的原因就是,你如何不借助陀螺儀就能讓三軸加速度計(jì)x,y,z三個(gè)軸的指向一直保持東,北和天呢?根據(jù)上面的原理想法分析,人們就設(shè)計(jì)出了一款平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(GINS)。這個(gè)系統(tǒng)說(shuō)簡(jiǎn)單點(diǎn),就是設(shè)計(jì)了一個(gè)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)的慣性平臺(tái),不管物體怎么轉(zhuǎn)動(dòng),平臺(tái)能始終保持姿態(tài)不變。上海進(jìn)口慣性導(dǎo)航系統(tǒng)慣性導(dǎo)航可以提供準(zhǔn)確的導(dǎo)航和定位信息。
慣性導(dǎo)航系統(tǒng)通過(guò)對(duì)陀螺儀測(cè)量的角速度進(jìn)行積分運(yùn)算和坐標(biāo)變換,計(jì)算車(chē)體的姿態(tài)角(橫滾、俯仰角)和方位角。根據(jù)姿態(tài)角可以計(jì)算出重力加速度在各個(gè)坐標(biāo)軸上的分量,加速度計(jì)測(cè)量得的各軸加速度,減去重力加速度分量后積分,得到速度和位置。慣導(dǎo)計(jì)算得到的狀態(tài),用于預(yù)測(cè)車(chē)輛當(dāng)前的位置,再和衛(wèi)星定位接收機(jī)得到的位置(或觀測(cè)數(shù)據(jù))進(jìn)行比較。比較的偏差包含了慣導(dǎo)的推算誤差和衛(wèi)星接收機(jī)的定位誤差,通過(guò)數(shù)據(jù)融合算法進(jìn)行加權(quán)后,用于修正慣導(dǎo)的預(yù)測(cè),讓?xiě)T導(dǎo)的預(yù)測(cè)越來(lái)越準(zhǔn)確。
慣性導(dǎo)航的局限:之所以會(huì)出現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航,還是因?yàn)閼T性導(dǎo)航的確定了。比起其他導(dǎo)航,慣性導(dǎo)航有一個(gè)較大的局限:積累誤差。MCU的運(yùn)算都是量化的,難免會(huì)有誤差,而慣性導(dǎo)航更是持續(xù)計(jì)算,積累起來(lái)的誤差有時(shí)會(huì)達(dá)到不可接受的地步,解決這個(gè)問(wèn)題的辦法通常就是補(bǔ)償和修正:每隔一段時(shí)間重新調(diào)整一下位置、速度、角速度這些量進(jìn)行校正。4、慣性導(dǎo)航的應(yīng)用前景:慣性導(dǎo)航在現(xiàn)在應(yīng)用較多的是把慣性導(dǎo)航和GPS、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航結(jié)合在一起,做成組合導(dǎo)航來(lái)使用。比如GPS/北斗+慣性導(dǎo)航一體車(chē)載組合導(dǎo)航系統(tǒng)。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)需要對(duì)IMU采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和融合,以得到航位信息。
慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是導(dǎo)航系統(tǒng)之一。后來(lái)慣導(dǎo)系統(tǒng)通過(guò)集成在微型芯片上的原子陀螺儀、加速器和原子鐘精確測(cè)量載體平臺(tái)相對(duì)慣性空間的角速率和加速度信息,利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律自動(dòng)計(jì)算出載體平臺(tái)的瞬時(shí)速度、位置信息并為載體提供精確的授時(shí)服務(wù)。慣性導(dǎo)航在當(dāng)今社會(huì)中起到了很大的作用,不管是民用用途還是別的方面,或是每個(gè)人的貼身用品里都離不開(kāi)慣性導(dǎo)航、IMU等定位定姿的系統(tǒng),從飛機(jī)的航行導(dǎo)彈的飛行定位、潛艇的定位航行、汽車(chē)的無(wú)信號(hào)區(qū)導(dǎo)航、單兵系統(tǒng)的指示導(dǎo)航都離不開(kāi)慣導(dǎo)系統(tǒng)的應(yīng)用。慣性導(dǎo)航既不受外界干擾影響,也不向外輻射能力,更不用借助其他外部設(shè)備。國(guó)內(nèi)慣性導(dǎo)航INS供應(yīng)
無(wú)人機(jī)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具有使用成本低,機(jī)動(dòng)靈活,載荷多樣性,用途普遍,操作簡(jiǎn)單,安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)產(chǎn)慣性導(dǎo)航INS市場(chǎng)
慣性導(dǎo)航的優(yōu)勢(shì):1、慣性導(dǎo)航定位不需要外源信息:慣性導(dǎo)航可以說(shuō)是個(gè)老古董了,但在現(xiàn)在其地位依舊不可動(dòng)搖。不管是衛(wèi)星導(dǎo)航,還是無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航,都受限于外源信息。一旦衛(wèi)星不可用,沒(méi)有了導(dǎo)航臺(tái),那么這些導(dǎo)航系統(tǒng)就完全癱瘓了。但慣性導(dǎo)航完全不需要借助外源的信息。它用于計(jì)算的初始數(shù)據(jù)來(lái)自自身,既不受外界干擾影響,也不向外發(fā)送任何信號(hào),更不用借助任何其他設(shè)備。2、慣性導(dǎo)航定位的連續(xù)性:其他的導(dǎo)航定位系統(tǒng)定位時(shí)是一個(gè)個(gè)點(diǎn),而慣性導(dǎo)航的地位卻是連續(xù)的曲線(xiàn),這也是一大優(yōu)勢(shì)。國(guó)產(chǎn)慣性導(dǎo)航INS市場(chǎng)
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