慣性導航系統

概念定義

慣性導航系統（Inertial Navigation System，簡稱 INS），又稱慣性參考系統，係一種自主式導航定位系統。系統運作時唔依賴外部基準或外部資訊，亦唔會好似無線電導航系統噉向外輻射能量。佢可以喺空中、地面同水下環境使用，透過載體本身嘅運動量度同運算，提供導航所需資訊。

工作原理

慣性導航以牛頓力學定律為基礎。系統先量度載體相對慣性參考系嘅加速度，再將加速度隨時間積分，並把相關運算結果轉換到導航坐標系。完成積分同坐標轉換之後，系統可以得出載體喺導航坐標系內嘅速度、偏航角同位置等資訊。

慣性參考系用於描述載體運動，導航坐標系就用於表達導航結果。坐標轉換將量度所得嘅運動資訊，改寫成可以直接反映載體航行情況嘅數據。整個流程由載體運動量度開始，經時間積分及坐標轉換，最後形成位置、速度同方向相關輸出。

技術構成

按功能劃分，慣性導航嘅技術流程包括運動量度、積分運算、坐標轉換同導航資訊輸出。運動量度負責取得載體喺慣性參考系中嘅加速度；積分運算處理加速度隨時間嘅變化；坐標轉換將結果對應到導航坐標系；輸出部分就以速度、偏航角及位置等形式呈現載體狀態。各個環節共同構成一套唔需要外部基準先可以運作嘅導航定位流程。

技術特點

自主性係慣性導航系統嘅主要特點。由於導航計算唔依賴外部資訊，系統可以按照載體自身嘅運動量度持續推算導航結果。系統亦唔向外部輻射能量，其資訊取得方式同依靠外部訊號或對外發射能量嘅導航方式有所不同。

應用場景

慣性導航系統嘅工作環境涵蓋空中、地面同水下。空中載體可以利用系統取得速度、偏航角及位置資訊；地面載體可以利用同一套慣性量度及坐標轉換原理描述自身運動；水下載體亦可以喺唔依賴外部基準嘅情況下進行導航計算。呢種跨環境應用建基於同一項核心原理：量度載體加速度，對時間進行積分，再將結果轉換到導航坐標系。