捷聯式慣導

概念定義

捷聯式慣導全稱捷聯式慣性導航系統，英文稱 Strap-down Inertial Navigation System，簡稱 SINS。佢係一種自主式導航系統，以陀螺儀、加速度計同導航電腦為核心，能夠實時解算運動載體嘅姿態、速度同位置。

「捷聯」係指慣性傳感器直接固定喺飛機、導彈或航天器等載體本體上，傳感器會跟隨載體一同轉動。系統唔需要傳統平台式慣導所使用嘅機械穩定平台，而係由電腦透過軟件建立虛擬數學平台，完成姿態參考同導航計算。

系統運行期間，陀螺儀持續輸出載體嘅角速度，加速度計就量度載體運動相關嘅加速度。由於傳感器固定於載體座標系，量測結果會隨載體姿態改變，導航電腦需要利用姿態矩陣進行座標系轉換，再據此解算姿態、速度及位置參數。

姿態解算可採用歐拉角法、方向餘弦矩陣法或四元數法。歐拉角用一組姿態角表示載體方向；方向餘弦矩陣直接描述兩個座標系之間嘅轉換關係；四元數法則以四元數更新姿態，具有較高計算效率，並可經方向餘弦矩陣推導出載體嘅歐拉姿態角。

陀螺儀負責量度載體角速度，為電腦判斷載體方向同姿態變化提供輸入。現代捷聯慣導可採用激光陀螺、光纖陀螺等慣性技術。

加速度計直接固定喺載體上，提供加速度量測值。導航電腦會將量測結果由載體座標系轉換至導航計算所需嘅座標系。

導航電腦負責接收慣性器件輸出，執行姿態更新、座標轉換，以及姿態、速度同位置解算。數學平台由軟件建立，取代平台式系統內用於保持慣性器件方向嘅機械平台。

捷聯式設計取消機械穩定平台，令系統結構更直接，並具有成本較低、體積較小、可靠性較高同維護較方便等特點。佢逐步取代平台式慣導，並應用於飛機、導彈同航天器等需要自主導航及姿態控制嘅載體。

捷聯式慣導喺20世紀50年代開始研製。1970年，相關系統首次成功用於美國阿波羅13號飛船嘅應急返回控制；踏入1970年代後，呢類系統進一步喺導彈同飛機領域推廣。