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簡史

17世紀，I.牛頓研究了高速旋轉剛體的力學問題。牛頓力學定律是慣性導航的理論基礎。1852年J.傅科稱這種剛體為陀螺，后來制成供姿態測量用的陀螺儀。1906年H.安休茲制成陀螺方向儀，其自轉軸能指向固定的方向。1907年他又在方向儀上增加擺性，制成陀螺羅盤。這些成果成為慣性導航系統的先導。1923年M.舒拉發表“舒拉擺"理論，解決了在運動載體上建立垂線的問題，使加速度計的誤差不致引起慣性導航系統誤差的發散, 為工程上實現慣性導航提供了理論依據。1942年德國在V-2火箭上首先應用了慣性導航原理。1954年慣性導航系統在飛機上試飛成功。1958年，“舡魚"號潛艇依靠慣性導航穿過北極在冰下航行21天。中國從1956年開始研制慣性導航系統，自1970年以來，在多次發射的人造地球衛星和火箭上，以及各種飛機上，都采用了本國研制的慣性導航系統。

組成慣性導航系統通常由慣性測量裝置、計算機、控制顯示器等組成。慣性測量裝置包括加速度計和陀螺儀,又稱慣性導航組合。3個自由度陀螺儀用來測量飛行器的三個轉動運動；3個加速度計用來測量飛行器的3個平移運動的加速度。計算機根據測得的加速度信號計算出飛行器的速度和位置數據。控制顯示器顯示各種導航參數。

分類

按照慣性導航組合在飛行器上的安裝方式，可分為平臺式慣性導航系統（慣性導航組合安裝在慣性平臺的臺體上）和捷聯式慣性導航系統（慣性導航組合直接安裝在飛行器上）。

平臺式慣性導航系統

根據建立的坐標系不同，又分為空間穩定和本地水平兩種工作方式。空間穩定平臺式慣性導航系統的臺體相對慣性空間穩定，用以建立慣性坐標系。地球自轉、重力加速度等影響由計算機加以補償。這種系統多用于運載火箭的主動段和一些航天器上。本地水平平臺式慣性導航系統的特點是臺體上的兩個加速度計輸入軸所構成的基準平面能夠始終跟蹤飛行器所在點的水平面（利用加速度計與陀螺儀組成舒拉回路來保證），因此加速度計不受重力加速度的影響。這種系統多用于沿地球表面作等速運動的飛行器（如飛等）。在平臺式慣性導航系統中，框架能隔離飛行器的角振動，儀表工作條件較好。平臺能直接建立導航坐標系,計算量小，容易補償和修正儀表的輸出,但結構復雜，尺寸大。

捷聯式慣性導航系統

根據所用陀螺儀的不同，分為速率型捷聯式慣性導航系統和位 置型捷聯式慣性導航系統。前者用速率陀螺儀，輸出瞬時平均角速度矢量信號；后者用自由陀螺儀，輸出角位移信號。捷聯式慣性導航系統省去了平臺，所以結構簡單、體積小、維護方便，但陀螺儀和加速度計直接裝在飛行器上，工作條件不佳，會降低儀表的精度。這種系統的加速度計輸出的是機體坐標系的加速度分量，需要經計算機轉換成導航坐標系的加速度分量，計算量較大。

誤差修正

為了得到飛行器的位置數據，須對慣性導航系統每個測量通道的輸出積分。陀螺儀的漂移將使測角誤差隨時間成正比地增大，而加速度計的常值誤差又將引起與時間平方成正比的位置誤差。這是一種發散的誤差（隨時間不斷增大），可通過組成舒拉回路、陀螺羅盤回路和傅科回路 3個負反饋回路的方法來修正這種誤差以獲得準確的位置數據。

舒拉回路、陀螺羅盤回路和傅科回路都具有無阻尼周期振蕩的特性。所以慣性導航系統常與無線電、多普勒和天文等導航系統組合，構成高精度的組合導航系統，使系統既有阻尼又能修正誤差。

慣性導航系統的導航精度與地球參數的精度密切相關。高精度的慣性導航系統須用參考橢球來提供地球形狀和重力的參數。由于地殼密度不均勻、地形變化等因素，地球各點的參數實際值與參考橢球求得的計算值之間往往有差異，并且這種差異還帶有隨機性，這種現象稱為重力異常。正在研制的重力梯度儀能夠對重力場進行實時測量，提供地球參數，解決重力異常問題。