全球卫星导航与惯性导航融合：历史、原理与应用

全球卫星导航与惯性导航的组合原理与应用是一门深入理解导航技术的关键课程。该主题首先介绍了惯性导航技术的发展历程，从早期的傅科摆和陀螺方向仪，再到二战期间V2火箭上的初步应用，以及80年代环形激光陀螺的革新，展示了技术的进步如何推动导航系统的演变。微电子与控制学院的研究着重于惯性测量单元（IMU）的发展，如动力调谐陀螺（DTG）、光纤陀螺（FOG）、静电陀螺（ESG）和基于微机电系统的MOEMS惯性传感器，特别是原子干涉惯性传感器，因其高精度和潜力而备受关注。 全球导航卫星系统（GNSS）如GPS，通过接收卫星信号进行定位，而惯性导航则依赖于自身的运动状态（加速度和角速度）来估算位置。两者结合的原因在于，GNSS在没有接收信号或信号被遮挡时可能会失去定位能力，而惯性导航则能在一定程度上提供连续的导航信息。组合它们可以提高导航的稳定性和鲁棒性，尤其是在卫星信号稀疏的区域或飞行器机动飞行时。 惯性导航系统的核心原理是利用牛顿运动定律，通过对加速度和角速度的测量，通过积分计算来确定运动物体的位置和姿态。IMU是关键组件，它在载体运动坐标系中提供数据，而姿态信息转换技术则确保这些数据能适配到地球坐标系，这对于精确的定位至关重要。 本课程内容涵盖了惯性导航的历史发展、技术突破、主要传感器类型及其在组合系统中的作用，以及惯性导航与GNSS如何互补以增强导航性能。这对于理解和应用现代自主导航系统具有重要的理论基础和实践价值。