導(dǎo)讀：無人機作為飛行器，一個沒有生命的物理存在，要如何感知外部世界的狀況，工業(yè)機器人維修，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類型，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。
飛機的運動可以描述成兩類，一是質(zhì)心（指物質(zhì)系統(tǒng)上被認(rèn)為質(zhì)量集中于此的一個假想點）的移動，也稱為線運動，相關(guān)聯(lián)的導(dǎo)航參數(shù)有飛行速度、位置等；另一類是飛機繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動，也稱為角運動，相應(yīng)的導(dǎo)航參數(shù)有飛機的姿態(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)，無需任何外來信息，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，用來敏感飛機運動的角速度和加速度。慣導(dǎo)的表頭一般是由加速度計和陀螺儀構(gòu)成的。通常來說加速度計有三個，陀螺儀也是。因為我們世界空間是三維的，每個加速度計和陀螺儀都只能測一個方向的數(shù)據(jù)，所以需要三個。
它的需求數(shù)據(jù)是通過算法積分得出的。比如已知加速度多少，通過它的算法，可以積分出速度。已知時間，工業(yè)機器人維修，通過連續(xù)積分，可以知道每時每刻的加速度。已知加速度，可以知道速度，通過每時每刻做積分，可以推算出位置。已知角速度，通過每時每刻的積分，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。
從理論上來說，在有初始運動信息的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確得到每時每刻加速度和角速度，可以準(zhǔn)確知道飛機的精確位置和速度。但在實際應(yīng)用中來說，庫卡機器人驅(qū)動器維修，慣性導(dǎo)航很容易發(fā)散，假如沒有其他導(dǎo)航系統(tǒng)來給它做修正，慣導(dǎo)的輸出與實際值容易出現(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頻域內(nèi)均勻分布的噪聲）、馬爾科夫等，溫度、濕度也會對誤差產(chǎn)生影響，甚至因安裝位置偏差都會引起桿臂效應(yīng)。這些因素都會影響到表頭的測量精度。前面提到，數(shù)據(jù)是由積分積出來的，所以，如果從源頭開始數(shù)據(jù)就出現(xiàn)偏差的話，通過算法時，這個誤差會一直累積下去，并會越來越大。所以表的精度不是很大的話，純慣性導(dǎo)航飛行會很快發(fā)散。
一般的消費級小型無人機的傳感精度就非常低，諸如多旋翼類的。幾秒鐘就不知道發(fā)散到哪里去了。而軍用無人機的精度敏感度會非常高。其精度可以敏感到測量出地球自轉(zhuǎn)的角速度。我們平時坐在椅子上，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月美國海軍鸚鵡螺號核潛艇進(jìn)行了一次穿越北極冰蓋的探險航行。鸚鵡螺號裝備有一套N6-A慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和一套MK-19平臺羅經(jīng)，從珍珠港出發(fā)，穿越北京冰蓋，最終到達(dá)英國波特蘭港，歷時21天。其中穿越北極時以20海里的時速在水下潛航8146海里，在即將到達(dá)目的地時潛艇浮出水面，經(jīng)測量，定位誤差僅為20海里。
鸚鵡螺號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)的獨特優(yōu)點：自主性、隱蔽性、信息的完備性。這些特點在軍事應(yīng)用中顯得尤其重要。