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最近简单了解了一下关于惯性导航中陀螺仪方面的知识，今天就为大家做一个简单的分享。 什么是惯性导航 要了解什么是惯性导航，首先需要将这个词组拆分成两个部分，即导航+惯性。 导航，简单来说就是解决了我们从一个地方到另外一个地方的问题，指明方向，典型的就是指南针了。 惯性，最开始来源于牛顿力学，是指物体具有保持其运动状态不变的属性。具有物体运动状态信息记录的功能。 用一个简单的例子来说明惯性导航。一个小孩子和朋友玩游戏，在铺满地砖的房间入口，依据一定规则踩着地砖走到对面。向前一、左三、前五、右二……，他的每一步都是一个地砖的长途，房间外的人通过在纸上画出对应的长度、路线就可以得到他完整的运动轨迹。他不用看到房间内的情况也能够知道这个小孩子的位置，速度等状态。 惯性导航和其他一些导航的基本原理差不多就是这样的：知道自己的初始位置、初始的朝向（姿态）、每个时刻的运动方向和朝向，一点点的向前推进。把这些叠加起来（对应了数学中的积分运算），刚好就可以得到你的朝向、位置等信息。 那么如何获得运动物体当前的朝向（姿态）和位置信息呢？就需要用到很多的传感器，在惯性导航中就是使用了惯性仪表：加速度计+陀螺仪。 惯性导航利用陀螺仪和加速度计测量载体在惯性参考系下的角速度和加速度，并对时间进行积分、运算得到速度和相对位置，且把它变换到导航坐标系中，这样结合最初的位置信息，就可以得到载体现在所处的位置。
三种导航方式的对比
惯性导航属于一个内部闭环的导航系统，在载体运动过程中没有外部实时更新的信息数据输入对误差进行修正。因此单一的惯性导航系统仅仅能够用在短时间的导航中。对于长时间运行的系统需要结合卫星导航等方式，对内部累计误差进行定时修正。
陀螺仪：惯性系统核心器件之一 之前我们提到了在惯性导航中需要获取目标的运动信息，涉及到的两个核心器件是陀螺仪和角速度计。接下来我们重点介绍一下陀螺仪的基本情况。 什么是陀螺仪呢？ “通常所说的陀螺是特指对称陀螺，它是一个质量均匀分布的、具有轴对称形状的刚体，其几何对称轴就是它的自转轴。人们利用陀螺的力学性质所制成的各种功能的陀螺装置称为陀螺仪。陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置。利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。”-百度百科
早在1904年Herman Anshutz-Kaempf和Elmer Sperry就设计出了首个机械陀螺仪系统。在20世纪40年代以后，陀螺仪得到了极大的发展，大致可以分为四个发展阶段。
先进成熟的加工工艺、光学原理的高效应用推动了陀螺仪朝着小型化、高精度高可靠性的方向不断演进。环形激光陀螺仪、光纤陀螺仪、静电陀螺仪等已经形成了成熟的解决方案，并广泛应用于高精度惯导系统中。MEMS加工工艺有效降低了器件的实现成本，应用于陀螺仪中能够有效控制成本，为广泛的民用和中低端军用市场提供了高性价比的解决方案。 随着运动平台数量增多、运动速度提升、载体运行环境愈发复杂多变，对于更高精度、更高稳定性、小型化的需求将进一步提升，尤其是在高精度的制导武器装备中的需求更为迫切。 在未来，随着技术理论的突破、预研技术的市场化，诸如核磁共振陀螺仪、原子干涉陀螺仪等基于量子理论的陀螺仪有可能成为未来市场的新生力量。
陀螺仪的应用与分类
机电陀螺仪 机电陀螺仪是利用高速转子的转轴稳定性来测量载体正确方位的角传感器，支撑系统的力矩是降低测量精度的主要因素，因此高速转子的支撑系统是机电陀螺仪的主要技术发展领域，机电陀螺仪类别划分的主要依据则是支撑系统的工作方式。
机械陀螺仪
液浮陀螺仪
动力调谐（挠性）陀螺仪
静电陀螺仪
光学陀螺仪 光学陀螺仪中主要有两种结构的产品，环形激光陀螺仪和光纤陀螺仪。这两种结构的陀螺仪都是基于Sagnac原理，为了便于理解，这里我们通过一个视频来了解一下基本实现原理。 激光陀螺仪的优点
光纤陀螺仪 光纤陀螺仪中高精度的光纤陀螺仪主要应用在航空航天等高端武器装备领域；低成本、低精度光纤陀螺仪主要应用在石油勘查、农用飞机姿态控制、机器人等民用领域。 随着先进微电子与光电子技术的发展，如光电集成和光纤陀螺仪专用光纤的发展，加速了光纤陀螺仪的小型化和低成本化。光纤陀螺仪目前是惯性技术研究领域的主流陀螺仪，在2005年国外中近程导弹、中程导弹、卫星等武器装备领域就已经占据了一半以上的用量。目前，国内光纤陀螺仪的研制水平已接近惯性导航系统的中、低精度要求。
MEMS陀螺仪 MEMS陀螺仪的基本组成是由加速度计和抖动装置组成，抖动装置又可分为角振动装置和线振动装置。因此，可以将MEMS陀螺仪看作是一种振动式角速度传感器，其原理是利用科里奥利力进行能量的传递，将谐振器的一种振动模式激励到另一种振动模式，后一种振动模式的振幅与输入角速度的大小成正比，通过测量振幅实现对角速度的测量。 对固定指向施加电压，并交替改变电压，让一个质量块做振荡式来回运动，当旋转时，会产生科里奥利加速度，此时就可以对其进行测量。
低精度MEMS陀螺仪主要用在手机、游戏机、音乐播放器等手持设备上； 中级MEMS 陀螺仪主要用于汽车电子稳定系统、GPS 辅助导航系统，精密农业、工业自动化、大型医疗设备等； MEMS陀螺仪惯导系统具有体积小、质量轻、集成化程度高、功耗低、高可靠性等优点，单价在十万元以下。相比光学陀螺仪和机电陀螺仪，其精度最低，成本也最低在军工领域，高精度的MEMS陀螺仪有替代低精度光纤陀螺仪的趋势，能够满足飞机、导弹的控制应用、战术导弹惯性制导、惯性GPS导航等要求。 主要参与方
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