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慣性導(dǎo)航儀是指實(shí)時(shí)確定行進(jìn)方向、速度、位置等信息的系統(tǒng)。一般采用傾角傳感器模塊測(cè)量行人運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并通過(guò)導(dǎo)航計(jì)算機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航解算，為行人實(shí)時(shí)提供可視導(dǎo)航信息。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航作為新一代衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng)，已取得了比較廣泛的應(yīng)用，具有全方位實(shí)時(shí)定位功能。但北斗衛(wèi)星接收機(jī)易受可視星數(shù)量、環(huán)境遮蔽等因素的影響，無(wú)法定位或定位精度降低。以慣性器件為核心的位置推算系統(tǒng)是一種完全自主的導(dǎo)航系統(tǒng)，具有短時(shí)高精度和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)北斗信號(hào)時(shí)的導(dǎo)航和定位Ⅲ。

兩者組合可以充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，提高系統(tǒng)定位精度和可靠性。從結(jié)構(gòu)上或信息交換及組合程度看，慣性導(dǎo)航與北斗衛(wèi)星的組合大體可分為松耦合(Loosely Coupled)和緊耦合(Tightly Coupled)兩種方式。不同方式對(duì)系統(tǒng)精度和適應(yīng)惡劣環(huán)境能力的影響很大。

松耦合系統(tǒng)簡(jiǎn)單，易于工程實(shí)現(xiàn)，子系統(tǒng)可獨(dú)立工作，組合作用主要表現(xiàn)在用北斗衛(wèi)星輔助航位推算系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星直接提供足夠穩(wěn)定的高精度參照系，用來(lái)限制和重調(diào)位置推算系統(tǒng)固有的誤差累積，通常用于可周期獲得北斗衛(wèi)星信號(hào)的場(chǎng)合。緊耦合系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，子系統(tǒng)之間相互支撐，更適合用于可不定期獲得北斗衛(wèi)星信號(hào)的場(chǎng)合口。

用于行人導(dǎo)航的個(gè)人導(dǎo)航系統(tǒng)，一般采用MEMS慣性器件為核心的位置推算系統(tǒng)與北斗衛(wèi)星組合的方案。由于人的活動(dòng)范圍包括室外、室內(nèi)，然而北斗衛(wèi)星信號(hào)容易受遮擋，無(wú)法定位，計(jì)步器利用行走的步數(shù)乘以行走的步長(zhǎng)算出行走的距離，但是要推算得到行人的位置還需要知道行人的行走的方向口。MEMS IMU測(cè)量的是行人行走的相對(duì)航向，短時(shí)精度高，但測(cè)量誤差隨時(shí)間發(fā)散，磁阻傳感器可以測(cè)量行人行走的絕對(duì)航向，但易受外界干擾磁場(chǎng)影響降低了測(cè)向精度，但采用MEMS IMU和磁阻傳感器組合可以相互彌補(bǔ)不足，提高測(cè)向精度。因此，采用高精度計(jì)步器和高精度測(cè)向定位裝置組成的慣性導(dǎo)航儀，在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)個(gè)人導(dǎo)航系統(tǒng)不受北斗衛(wèi)星信號(hào)限制的全區(qū)域無(wú)縫連接導(dǎo)航定位的目標(biāo)。

捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航是指將慣性測(cè)量元件直接裝在需要姿態(tài)、速度、航向等導(dǎo)航信息的主體上，用計(jì)算機(jī)把測(cè)量信號(hào)變換為導(dǎo)航參數(shù)的一種導(dǎo)航技術(shù)。它完全依靠機(jī)載設(shè)備自主完成導(dǎo)航任務(wù)，與外界不發(fā)生任何光或電聯(lián)系，隱蔽性好，且工作不受氣象條件的限制。因此已成為智能交通、航空、航海等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。姿態(tài)解算是捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，AUV幾乎無(wú)一例外都是基于歐拉角方法來(lái)求解運(yùn)動(dòng)微分方程，這種方法可以很直觀地得到AUV的位置和姿態(tài)角，不過(guò)在縱傾角±90。的情況下會(huì)產(chǎn)生奇異點(diǎn)。

采用多傳感器信息融合技術(shù)、合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及高效的組合導(dǎo)航算法，對(duì)實(shí)現(xiàn)個(gè)人導(dǎo)航儀系統(tǒng)的低成本、小型化和高精度的目標(biāo)，和提高個(gè)人導(dǎo)航儀系統(tǒng)精度和可靠性，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值

參考文獻(xiàn)：

龐晗. 基于MEMS慣性器件的徒步個(gè)人導(dǎo)航儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 黑龍江:哈爾濱工程大學(xué),2012. DOI:10.7666/d.Y2236801.

標(biāo)簽： 慣性導(dǎo)航儀