導(dǎo)讀：無(wú)人機(jī)作為飛行器，一個(gè)沒(méi)有生命的物理存在，要如何感知外部世界的狀況，工業(yè)機(jī)器人維修，這就需要依靠傳感器了。而今天要介紹的是導(dǎo)航傳感器其中的一個(gè)類(lèi)型，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。
飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)可以描述成兩類(lèi)，一是質(zhì)心（指物質(zhì)系統(tǒng)上被認(rèn)為質(zhì)量集中于此的一個(gè)假想點(diǎn)）的移動(dòng)，也稱(chēng)為線運(yùn)動(dòng)，相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)航參數(shù)有飛行速度、位置等；另一類(lèi)是飛機(jī)繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)，也稱(chēng)為角運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的導(dǎo)航參數(shù)有飛機(jī)的姿態(tài)角和航向角等。
慣性是所有質(zhì)量體的基本屬性，所有建立在慣性原理基礎(chǔ)上的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，無(wú)需任何外來(lái)信息，僅靠系統(tǒng)本身就能在全天候條件下全球范圍內(nèi)和所有介質(zhì)環(huán)境里自主地、隱蔽地進(jìn)行三維定位和三維定向。所以，慣性導(dǎo)航是重要載體不可缺少的核心導(dǎo)航設(shè)備。
慣性元器件一般固連在重心附近位置，用來(lái)敏感飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的角速度和加速度。慣導(dǎo)的表頭一般是由加速度計(jì)和陀螺儀構(gòu)成的。通常來(lái)說(shuō)加速度計(jì)有三個(gè)，陀螺儀也是。因?yàn)槲覀兪澜缈臻g是三維的，每個(gè)加速度計(jì)和陀螺儀都只能測(cè)一個(gè)方向的數(shù)據(jù)，所以需要三個(gè)。
它的需求數(shù)據(jù)是通過(guò)算法積分得出的。比如已知加速度多少，通過(guò)它的算法，可以積分出速度。已知時(shí)間，工業(yè)機(jī)器人維修，通過(guò)連續(xù)積分，可以知道每時(shí)每刻的加速度。已知加速度，可以知道速度，通過(guò)每時(shí)每刻做積分，可以推算出位置。已知角速度，通過(guò)每時(shí)每刻的積分，可以知道現(xiàn)在的飛行姿態(tài)。這種積分就是慣性導(dǎo)航的算法。
從理論上來(lái)說(shuō)，在有初始運(yùn)動(dòng)信息的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確得到每時(shí)每刻加速度和角速度，可以準(zhǔn)確知道飛機(jī)的精確位置和速度。但在實(shí)際應(yīng)用中來(lái)說(shuō)，庫(kù)卡機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器維修，慣性導(dǎo)航很容易發(fā)散，假如沒(méi)有其他導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)給它做修正，慣導(dǎo)的輸出與實(shí)際值容易出現(xiàn)大的偏差。
容易發(fā)散的原因有很多，其中最重要的是表頭的測(cè)量數(shù)據(jù)是存在誤差的的，誤差也由多種因素產(chǎn)生，比如表頭輸出的常值偏差、白噪聲是指功率譜密度在整個(gè)頻域內(nèi)均勻分布的噪聲）、馬爾科夫等，溫度、濕度也會(huì)對(duì)誤差產(chǎn)生影響，甚至因安裝位置偏差都會(huì)引起桿臂效應(yīng)。這些因素都會(huì)影響到表頭的測(cè)量精度。前面提到，數(shù)據(jù)是由積分積出來(lái)的，所以，如果從源頭開(kāi)始數(shù)據(jù)就出現(xiàn)偏差的話，通過(guò)算法時(shí)，這個(gè)誤差會(huì)一直累積下去，并會(huì)越來(lái)越大。所以表的精度不是很大的話，純慣性導(dǎo)航飛行會(huì)很快發(fā)散。
一般的消費(fèi)級(jí)小型無(wú)人機(jī)的傳感精度就非常低，諸如多旋翼類(lèi)的。幾秒鐘就不知道發(fā)散到哪里去了。而軍用無(wú)人機(jī)的精度敏感度會(huì)非常高。其精度可以敏感到測(cè)量出地球自轉(zhuǎn)的角速度。我們平時(shí)坐在椅子上，或者走在路上，都是感受不到地球自轉(zhuǎn)的，敏感度相當(dāng)高。
1958年7月美國(guó)海軍鸚鵡螺號(hào)核潛艇進(jìn)行了一次穿越北極冰蓋的探險(xiǎn)航行。鸚鵡螺號(hào)裝備有一套N6-A慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和一套MK-19平臺(tái)羅經(jīng)，從珍珠港出發(fā)，穿越北京冰蓋，最終到達(dá)英國(guó)波特蘭港，歷時(shí)21天。其中穿越北極時(shí)以20海里的時(shí)速在水下潛航8146海里，在即將到達(dá)目的地時(shí)潛艇浮出水面，經(jīng)測(cè)量，定位誤差僅為20海里。
鸚鵡螺號(hào)的成功充分顯示了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)有別于其它導(dǎo)航系統(tǒng)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：自主性、隱蔽性、信息的完備性。這些特點(diǎn)在軍事應(yīng)用中顯得尤其重要。