Q：什么是捷联惯导？与普通的平台惯导有什么区别？

A：捷联惯导系统（SINS）是在平台式惯导系统基础上发展而来的，它是一种无框架系统，由三个速率陀螺、三个线加速度计和微型计算机组成。陀螺仪和加速度计直接固连在运载体上。

平台式惯导系统和捷联式惯导系统的主要区别是：前者有实体的物理平台，陀螺和加速度计置于陀螺稳定的平台上，该平台跟踪导航坐标系，以实现速度和位置解算，姿态数据直接取自于平台的环架；后者的陀螺和加速度计直接固连在载体上作为测量基准，它不再采用机电平台，惯性平台的功能由计算机完成，即在计算机内建立一个数学平台取代机电平台的功能，其飞行器姿态数据通过计算机计算得到，故有时也称其为"数学平台"，这是捷联惯导系统区别于平台式惯导系统的根本点。

所谓的“捷联”，在英文中对应的单词是strap-down，直译为捆绑，所谓“捆绑“就是将IMU捆绑在载体上一起运动，使其失去在浮台上那样的自由。

惯导系统基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，之后将其变换到导航坐标系，得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置信息等。对SINS而言，平台的作用和概念体现在计算机中，它是写在计算机中的方向余弦阵。直接安装在载体上的IMU测得相对惯性空间的加速度和角加速度是沿载体轴的分量，将这些分量经过一个坐标转换方向余弦阵，可以转换到要求的计算机坐标系内的分量。如果这个矩阵可以描述载体和地理坐标系之间的关系，那么载体坐标系测得的相对惯性空间的加速度和角速度，经过转换后便可得到沿地理坐标系的加速度和角速度分量，有了已知方位的加速度和角速度分量之后，导航计算机便可根据相应的力学方程解出要求的导航和姿态参数。

捷联惯导系统和平台惯导系统在本质是相同的，但在系统的具体实现上却存在着明显的不同。

（1）陀螺动态范围要求不同。平台惯导系统陀螺安装在平台台体上，陀螺感测台体偏离导航坐标系的偏差，平台通过稳定回路消除这种偏差，其作用是隔离掉运载体的角运动，使陀螺的工作环境不受运载体角运动的影响。同时，平台通过修正回路使陀螺按一定要求进动，控制平台跟踪导航坐标系的旋转运动。而导航坐标系的旋转仅由运载体相对于地球的线运动和地球的自转引起，这些旋转角速度都十分微小，所以对陀螺的指令施矩电流是很小的。这就是说平台惯导陀螺的动态范围可设计得较小。但捷联惯导陀螺直接安装在运载体上，陀螺必须跟随运载体的角运动，施矩电流远比仅跟踪导航坐标系的施矩电流大，即捷联惯导所用陀螺的动态范围远比平台惯导所采用的大。

（2）惯导器件的工作环境不同，惯导器件动态误差和静态误差的补偿要求也不同。在平台惯导系统中，平台对运载体的角运动起隔离作用，安装在平台上的惯导器件只需对线加速度引起的静态误差作补偿。而捷联惯导系统中的惯性器件除补偿静态误差以外，还需要对角速度和角加速度引起的动态误差作补偿。因此必须在实验室条件下对捷联陀螺和加速度计的动、静态误差系数作严格的测试和标定。

（3）捷联惯导必须对三种算法误差作补偿。在实际系统中，为了降低捷联陀螺和加速度计的输出噪声对系统解算精度的影响，并且能够完全利用输出信息，陀螺和加速度计的输出全部采用增量形式，即加速度计输出为速度增量，陀螺输出为角增量。在此情况下，姿态解算和导航解算只能通过求解差分方程来完成，而当运载体存在线振动和角振动，或运载体做机动运动时，在姿态解算中会存在圆锥误差，在速度解算中会存在划桨误差，在位置解算中会存在涡卷误差。在这些误差中，圆锥误差会对捷联惯导精度的影响最严重，划桨误差次之，涡卷误差最轻，在相应算法中需要作严格补偿。

（4）计算量不同。平台惯导中，平台以物理实体形式存在，平台模拟了导航坐标系，运载体的姿态角和航向角可直接从平台框架上拾取或仅通过少量计算获得。但在捷联惯导中，平台并不实体存在，而以数学平台形式存在，姿态角和航向角都必须经过计算获得，计算量庞大。

在捷联惯导系统中，由于计算机中存储的方向余弦解析参考系取代了平台系统以物理形式实现的参考系，因此，捷联惯导系统有以下独特优点：

在捷联惯导系统中，由于计算机中存储的方向余弦解析参考系取代了平台系统以物理形式实现的参考系，因此，捷联惯导系统有以下独特优点：

（1）去掉了复杂的平台机械系统，系统结构极为简单，减小了系统的体积和重量，同时降低了成本，简化了维修，提高了可靠性。　　（2）无常用的机械平台，缩短了整个系统的启动准备时间，也消除了与平台系统有关的误差。　　（3）无框架锁定系统，允许全方位（全姿态）工作。　　（4）除能提供平台式系统所能提供的所有参数外，还可以提供沿弹体三个轴的速度和加速度信息。　　但是，由于在捷联惯导系统中，惯性元件与载体直接固连，其工作环境恶劣，对IMU及载具计算机等部件也提出了较高的要求：　　（1）要求加速度表在宽动态范围内具有高性能、高可靠性，且能数字输出。　　（2）因为要保证大攻角下的计算精度，对计算机的速度和容量都提出了较高的要求。

随着以绕飞行体轴旋转角增量为输出的新型高精度捷联式陀螺的出现，用以描述刚体姿态运动的数学方法也有了新的发展，从以经典的欧拉角表示法，向四元数表示法发展。

后续我们将对捷联惯导的算法进行介绍，尤其是如今常用的四元数法。