第01讲-概述(授课)
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分类2：按导航坐标系选取 空间稳定型惯导系统 固定指北惯导系统 当地水平惯导系统 自由方位惯导系统 游移方位惯导系统
第01讲-3.惯性导航系统原理
6.惯性导航分类
第01讲-4.惯导系统关键技术
惯导系统实现导航定位必须完成的工作：
逐次启动漂移测量与补偿： 加速度计零偏测量与补偿： 姿态信息初始化：
1852年，法国科学家傅科发明了可实用的陀螺仪，配上简单
的修正装置和阻尼装置后，制成了世界上第一台试验用陀螺罗 经。
1903年，德国科学家安修茨设计了第一个陀螺罗经。
陀螺进动方程
ie M p
H
cos
0
Hie cos Mp
1/
2
sin
M
p ie cos H
1/ 2 t
0
cos
M
p ie cos H
了罗经的设计，提高了精度。
周期： T 2 J
mgl
满足舒勒摆条件： ml 1
JR
用计算机实现舒勒调整
第01讲-2.惯性导航系统概述
40年代中期，德国科学家首次在V-2火箭上安装了初级的惯性制
导装置。
1949年，美国斯佩里公司研制成功世界上第一台平台罗经。
第01讲-2.惯性导航系统概述
1954年，美国海军鹦鹉螺号潜艇携带N6A（MK1）型惯性导航系
c
0.00015°/h-1°/h ；
0.0003°/h ；
第01讲-3.惯性导航系统原理
3.加速度计
加速度计的工作原理是基于经典
的牛顿力学定律，其力学模型如图所
示。
kxA ma
xA
m k
a
kxG mG
xG
mG k
m x xA xG k (a G)
4.哥氏定理
第01讲-3.惯性导航系统原理
P1P2 P1P 'P1P ''
P1P'' (o' P1) r0 sin (ˆ r0 )
ri
r0
(
r0
)t
dri dt
dr0 dt
r0
第01讲-3.惯性导航系统原理
5.惯性导航的基本原理 平台式：
捷联式：
第01讲-3.惯性导航系统原理
6.惯性导航分类
分类1：按有无机电平台 平台式惯导系统 捷联式惯导系统
第01讲-1.课程内容概述
11. 惯性导航系统标定技术仿真（上机） 12. 惯性导航系统组合导航技术（授课） 13. 惯性导航系统组合导航技术仿真（上机） 14. 惯性导航系统姿态更新算法原理（授课） 15. 惯性导航系统姿态更新算法仿真研究（授课） 16. 对惯性导航系统技术的展望（课堂讨论）
第01讲-2.惯性导航系统概述
1．牛顿第一定律：“任何物体都保持其静止或匀速直线运
动状态，直到作用在其物体上的外力迫使它改变这种状态为 止”。
2．牛顿第二定律：一个力作用在一个物体上，这个力就使
物体沿着力的方向产生加速度，加速度的大小和物体的质量成 反比
第01讲-2.惯性导航系统概述
惯性导航：利用惯性敏感元件（陀螺、加速度计）测量载
运动体位置有关的参数来实定B镜现对 运动体的定D位，并从出发点沿
预定的路线安全、准确、经济地引导运动体刻到度盘达目的地的一门
技术。
C
0°
第01讲-2.惯性导航系统概述
惯性技术：又称为惯导技术，是惯性导航、惯性制导、惯
性仪表、惯性测量、惯性稳定等技术的统称。
惯性技术是唯一具有自主、实时、连续、隐蔽、不受干扰 、无时间、地点、环境限制的运动信息感知技术。
统在水下成功穿越北极，历时21天，航程8146海里，定位误差 仅为20海里。
1970年，Draper的捷联制导系统成功引导Apollo-13安全返航。 20世纪80年代，以激光陀螺、光纤陀螺等新型陀螺为核心的
捷联式惯导系统，结构简单、体积小、成本低、维护简单，正 在各个领域逐步取代平台式惯性导航系统，成为惯性导航系统 的发展趋势。MEM的出现，更是从体积、重量上大大简化了惯性 导航系统的特性。
导航：英文叫做Navia gation，源自拉丁文Navigare（navis
表示船、agere表示指引），原意为“引导船舶航行”的意思， 现代引申为引导包括舰船、飞机、航天器、车辆在内的运载体
以及个人自出发地准确、高效 、安A全动镜地到达目的地的过程。 利用电学、磁学水、天线声学、光 学 、h力学等方法，通过测量与
惯性导航系统仿真分析
Simulation and Analyse of INS
第01讲 概 述
§1 课程内容概述 §2 惯性导航系统概述 §3 惯性导航基本原理 §4 惯性导航系统的关键技术
第01讲-1.课程内容概述
1. 惯性导航系统的发展与现状，基本原理，关键技术（授课） 2. 平台惯性导航系统的基本原理（授课） 3. 平台惯性导航系统的误差方程与误差分析（课堂讨论） 4. 捷联惯性导航系统的基本原理（授课） 5. 捷联惯性导航系统的误差方程与误差分析（课堂讨论） 6. 惯性导航系统系统仿真（上机） 7. 平台惯性导航系统的经典初始对准方法（授课） 8. 捷联惯性导航系统的经典初始对准方法（授课） 9. 惯性导航系统的经典初始对准仿真（上机） 10. 惯性导航系统标定技术（授课）
1/ 2 t
第01讲-2.惯性导航系统概述
引入垂直阻尼力矩后的陀螺进动方程：
ie M p
Biblioteka Baidu
cos
M D H
H
2 0 Hie cos eMDt / 2H sin Kt
K
2H
0
MD K
sin
Kt 2H
cos Kt 2H
e M Dt / 2H
第01讲-2.惯性导航系统概述
1923年，德国数学家舒勒提出84.4分钟的舒勒调整周期，完善
陀螺测漂 在实验室内完成 初始对准
第01讲-3.惯性导航系统原理
1.转子陀螺仪
稳定性
进动性
液浮陀螺：1.5×10-5°/h ； 三浮陀螺：1.5×10-5°/h ；
第01讲-3.惯性导航系统原理
2.光学陀螺仪
1913年，法国物理学家萨格奈克发现了Sagnac效应。（设光程
所包围的面积为A,装置的旋转角速率为ω，则光程差：L 4A）
体相对惯性空间的线运动和角运动参数，在给定的运动初始条 件下，根据牛顿运动定律，推算载体的瞬时速度和位置，一般 还可获得载体姿态信息。
1758年，俄国著名数学家和物理学家欧拉发表了“刚体绕定
点运动理论”的名著，导出刚体绕定点运动的动力学方程。
1817年，德国人博耐伯格研制了世界上第一只陀螺仪。
第01讲-2.惯性导航系统概述
第01讲-3.惯性导航系统原理
6.惯性导航分类
第01讲-4.惯导系统关键技术
惯导系统实现导航定位必须完成的工作：
逐次启动漂移测量与补偿： 加速度计零偏测量与补偿： 姿态信息初始化：
1852年，法国科学家傅科发明了可实用的陀螺仪，配上简单
的修正装置和阻尼装置后，制成了世界上第一台试验用陀螺罗 经。
1903年，德国科学家安修茨设计了第一个陀螺罗经。
陀螺进动方程
ie M p
H
cos
0
Hie cos Mp
1/
2
sin
M
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1/ 2 t
0
cos
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了罗经的设计，提高了精度。
周期： T 2 J
mgl
满足舒勒摆条件： ml 1
JR
用计算机实现舒勒调整
第01讲-2.惯性导航系统概述
40年代中期，德国科学家首次在V-2火箭上安装了初级的惯性制
导装置。
1949年，美国斯佩里公司研制成功世界上第一台平台罗经。
第01讲-2.惯性导航系统概述
1954年，美国海军鹦鹉螺号潜艇携带N6A（MK1）型惯性导航系
c
0.00015°/h-1°/h ；
0.0003°/h ；
第01讲-3.惯性导航系统原理
3.加速度计
加速度计的工作原理是基于经典
的牛顿力学定律，其力学模型如图所
示。
kxA ma
xA
m k
a
kxG mG
xG
mG k
m x xA xG k (a G)
4.哥氏定理
第01讲-3.惯性导航系统原理
P1P2 P1P 'P1P ''
P1P'' (o' P1) r0 sin (ˆ r0 )
ri
r0
(
r0
)t
dri dt
dr0 dt
r0
第01讲-3.惯性导航系统原理
5.惯性导航的基本原理 平台式：
捷联式：
第01讲-3.惯性导航系统原理
6.惯性导航分类
分类1：按有无机电平台 平台式惯导系统 捷联式惯导系统
第01讲-1.课程内容概述
11. 惯性导航系统标定技术仿真（上机） 12. 惯性导航系统组合导航技术（授课） 13. 惯性导航系统组合导航技术仿真（上机） 14. 惯性导航系统姿态更新算法原理（授课） 15. 惯性导航系统姿态更新算法仿真研究（授课） 16. 对惯性导航系统技术的展望（课堂讨论）
第01讲-2.惯性导航系统概述
1．牛顿第一定律：“任何物体都保持其静止或匀速直线运
动状态，直到作用在其物体上的外力迫使它改变这种状态为 止”。
2．牛顿第二定律：一个力作用在一个物体上，这个力就使
物体沿着力的方向产生加速度，加速度的大小和物体的质量成 反比
第01讲-2.惯性导航系统概述
惯性导航：利用惯性敏感元件（陀螺、加速度计）测量载
运动体位置有关的参数来实定B镜现对 运动体的定D位，并从出发点沿
预定的路线安全、准确、经济地引导运动体刻到度盘达目的地的一门
技术。
C
0°
第01讲-2.惯性导航系统概述
惯性技术：又称为惯导技术，是惯性导航、惯性制导、惯
性仪表、惯性测量、惯性稳定等技术的统称。
惯性技术是唯一具有自主、实时、连续、隐蔽、不受干扰 、无时间、地点、环境限制的运动信息感知技术。
统在水下成功穿越北极，历时21天，航程8146海里，定位误差 仅为20海里。
1970年，Draper的捷联制导系统成功引导Apollo-13安全返航。 20世纪80年代，以激光陀螺、光纤陀螺等新型陀螺为核心的
捷联式惯导系统，结构简单、体积小、成本低、维护简单，正 在各个领域逐步取代平台式惯性导航系统，成为惯性导航系统 的发展趋势。MEM的出现，更是从体积、重量上大大简化了惯性 导航系统的特性。
导航：英文叫做Navia gation，源自拉丁文Navigare（navis
表示船、agere表示指引），原意为“引导船舶航行”的意思， 现代引申为引导包括舰船、飞机、航天器、车辆在内的运载体
以及个人自出发地准确、高效 、安A全动镜地到达目的地的过程。 利用电学、磁学水、天线声学、光 学 、h力学等方法，通过测量与
惯性导航系统仿真分析
Simulation and Analyse of INS
第01讲 概 述
§1 课程内容概述 §2 惯性导航系统概述 §3 惯性导航基本原理 §4 惯性导航系统的关键技术
第01讲-1.课程内容概述
1. 惯性导航系统的发展与现状，基本原理，关键技术（授课） 2. 平台惯性导航系统的基本原理（授课） 3. 平台惯性导航系统的误差方程与误差分析（课堂讨论） 4. 捷联惯性导航系统的基本原理（授课） 5. 捷联惯性导航系统的误差方程与误差分析（课堂讨论） 6. 惯性导航系统系统仿真（上机） 7. 平台惯性导航系统的经典初始对准方法（授课） 8. 捷联惯性导航系统的经典初始对准方法（授课） 9. 惯性导航系统的经典初始对准仿真（上机） 10. 惯性导航系统标定技术（授课）
1/ 2 t
第01讲-2.惯性导航系统概述
引入垂直阻尼力矩后的陀螺进动方程：
ie M p
Biblioteka Baidu
cos
M D H
H
2 0 Hie cos eMDt / 2H sin Kt
K
2H
0
MD K
sin
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cos Kt 2H
e M Dt / 2H
第01讲-2.惯性导航系统概述
1923年，德国数学家舒勒提出84.4分钟的舒勒调整周期，完善
陀螺测漂 在实验室内完成 初始对准
第01讲-3.惯性导航系统原理
1.转子陀螺仪
稳定性
进动性
液浮陀螺：1.5×10-5°/h ； 三浮陀螺：1.5×10-5°/h ；
第01讲-3.惯性导航系统原理
2.光学陀螺仪
1913年，法国物理学家萨格奈克发现了Sagnac效应。（设光程
所包围的面积为A,装置的旋转角速率为ω，则光程差：L 4A）
体相对惯性空间的线运动和角运动参数，在给定的运动初始条 件下，根据牛顿运动定律，推算载体的瞬时速度和位置，一般 还可获得载体姿态信息。
1758年，俄国著名数学家和物理学家欧拉发表了“刚体绕定
点运动理论”的名著，导出刚体绕定点运动的动力学方程。
1817年，德国人博耐伯格研制了世界上第一只陀螺仪。
第01讲-2.惯性导航系统概述