姿态测量系统

2.1.4　INS姿态测量系统

INS(Inertial Navigation System，惯性导航系统，简称惯导)或IMS(Inertial Measurement System，惯性测量系统)是20世纪初发展起来的导航定位系统。其基本原理是根据惯性空间的力学定律，利用陀螺和加速度计等惯性元件感受运动载体在运动过程中的旋转角速度和加速度，通过伺服系统的地垂跟踪或坐标系旋转变换，在一定的坐标系内积分计算，最终得到运动体的相对位置、速度和姿态等参数。陀螺和加速度计等惯性元件总称为惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)，它是INS的核心部件(见图2-4)。

图2-4　Litton LN-200惯性测量单元

惯性导航系统是机载激光雷达测量系统的一个重要组成部分，负责提供飞机等载体的瞬时姿态参数，包括仰俯角、侧滚角和航向角三个姿态角。姿态测定精度的高低对于能否获得高精度的激光脚点定位精度起着主导作用，总体要求姿态数据的精度为30角秒，这个精度要求对于常规的以惯性元件为主的姿态测量装置是非常高的。

INS系统理论上虽然很简单，但要使每个部件高效精确地工作却并不简单。限制INS系统精度的主要因素有两个:①测角精度和加速度测量精度;②测时精度。

即使目前的INS生产厂家能提供复杂的高精度的惯性平台系统，但当我们把它安置到运动载体上进行工作时，还要受到其他作业条件等因素的影响。如当运动载体过度倾斜或转弯时，由于重力的作用，可能会使系统挂起(suspended)而无法正常工作。此外，还有其他一些因素如陀螺仪漂移、误差累积会使观测值发生偏离。GPS/INS组合姿态确定系统能大幅度地提高姿态参数的测定精度，能克服INS系统的误差累计。目前，高精度的INS确定载体姿态的精度能优于0.01°(1mrad=0.057°)(Samberg，et al，1999)。