惯性导航学习笔记01 20220628

导航：对运动物体随时间变化的位置和姿态的测量

导航状态(PVA)：位置(position)、速度(velocity)、姿态(attitude);

惯性传感器所得到的所有观测量都是相对于惯性坐标系。

牛顿第一定律(Newton's 1st law): Every body in its state of rest, or uniform motion in straight line, unless it is compelled to change that state by forces impressed on it.（在惯性参考系中成立）

惯性传感器设计的基本原理是牛顿第二定律。

牛顿第一定律(Newton's 2nd law): Acceleration is proportional to the resultant force and is in the same direction as this force. (F=ma).

惯性传感器——加速度计

定义：一种用于测量相对于惯性参考系的加速度（比力）的传感器。

f=a-g（惯导比力方程）

f=加速度计输出（比力，Specific Force）

a=相对于惯性空间的运动加速度

g=万有引力加速度

单位：m/s2; 1g=9.8m/s^2; 1mGal=10^-5m/s^2

闭环设计（力反馈）：采用力矩装置给质量块或摆臂施加作用力，使质量块指针始终处在平衡位置，输出施加的作用力，此作用力反应加速度计的比力。

惯性传感器——陀螺仪

定义：一种用于测量相对于惯性参考系的角速率的传感器

机械陀螺vs光学陀螺

转子陀螺：高速旋转的转子在惯性系内不受外力干扰时具有空间定轴性

振动陀螺原理

哥氏效应(Coriolis Effect)：质量块受到内部激励产生固定频率和幅度的振动，当外壳发生转动时，振动质量块会产生哥氏加速度，通过检测哥氏加速度可以间接测量壳体的角运动。

光学陀螺原理

萨格纳克效应(Sagnac Effect)：反向传播光束之间的相移正比于旋转角速度。效应只在旋转时发生，静止时不出现。

惯性测量单元(IMU)=3轴加速度计+3轴陀螺

加速度计测量相互正交的三个方向上的比力，陀螺测量相互正交的三个方向上的角速度；

三轴陀螺和三轴加速度计的轴向是平行对其的；

传感器与载体固联，载体系原点为三轴加速度计的交点。

Inertial Sensor Assembly(ISA): 3轴陀螺+3轴加速度计输出的原始传感器数据

Inertial Measurement Unit(IMU): ISA经误差标定补偿（零偏和比例因子误差等）和数据转换输出补偿后的数据

Inertial Navigation System(INS): IMU+惯性导航算法，输出位置、速度、姿态角等导航状态量+补偿后的数据

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