惯性导航系统漂移及为何使用全球导航卫星系统辅助的惯性导航系统解决问题

无辅助指仅使用 加速计 和 陀螺仪 测量值来计算其位置。漂移是指加速度计和陀螺仪测量中的微小误差不断累积，逐渐导致 INS 位置估计值越来越不准确。

了解漂移发生的原因非常简单。想象一下，用一把 5 米长的卷尺测量一块木头的长度。如果你能准确读出卷尺上 1 毫米的刻度，那么你就可以轻松地宣布这块木头的长度是 4 米± 1 毫米。另一方面，如果你能找到的唯一一把卷尺只有 0.5 米长，而你的读数精度仍然只有 1 毫米，那么当你用这把卷尺测量并移动了 8 次之后，你只能说这块木头的长度是 4 米±8 毫米。事实上，你可能根本量不出 4 米长。

惯性导航 漂移以同样的方式累积。每次读取加速度计或陀螺仪的读数时，都会出现微小的误差。如果我们只是读取一个读数来计算加速或转弯的速度，这就不是问题。但是，由于导航计算机会将每次测量值相加，以计算出与上次位置估计值相比的移动速度，因此微小的误差会随着时间的推移而增大。

该图非常简单地展示了漂移如何在无辅助惯性导航系统中累积。为了最大限度地减少这些误差的积累，我们在系统上做了大量的工作，但这些误差依然存在。但这并不意味着惯性导航系统的原理毫无用处，或者说它不如全球定位系统。远非如此。

最基本的估计理论是指根据现有数据进行预测的方法。它是解决观察者问题的一种方法。任何事物的真实价值都无法确定，因此我们使用估算理论来预测真实价值以及预测的准确性。使用数据来预测事物的真实值固然重要，但了解自己对该预测的信心有多大也同样重要。这是因为对一个错误的预测有信心，可能会比一开始就做出一个已知的错误预测带来更多问题。

估计理论允许数学家和科学家对包含随机成分的某些参数进行准确预测。惯性导航领域最相关的例子之一，就是设备如何利用其他传感器（如全球导航卫星系统接收器或更具体地说，它所接收数据的卫星）来计算自己的位置。

例如，如果一个 INS 正在跟踪 20 颗卫星，而所有 20 颗卫星都提供了相同的位置更新，那么 INS 就会非常确信自己确实处于该位置。但是，如果其中一颗卫星受到大气干扰等因素的影响，并提供了一个 20 英里以外的位置，那么 INS 如何知道应该相信 19 颗卫星而不是一颗卫星呢？这需要一种经过计算的、有条不紊的方法。

现在再加上其他卫星（不只是一颗）提供不正确的读数，以及网络上其他传感器可能发表的意见，突然之间，你需要一种方法来分析所有数据，以确定哪些值得信任，哪些应该忽略。

这就是估算理论的用武之地--它本质上是一个理论框架，用于综合来自不同传感器的信息，并利用这些数据对各种参数（如位置）进行准确预测。

在本页开头，我们说过漂移是非辅助惯性导航系统的致命弱点，那么辅助惯性导航系统呢？当您将 INS 与 GPS 相结合，创建 GPS 辅助 INS（也称为 GPS+INS）时，您就解决了漂移问题，同时也解决了影响 GPS 的问题。这就是为什么 OXTS 能够为客户提供在所有环境中测量位置、方向和动态的完整解决方案，从而使客户能够放心地进行测量。我们将在我们的文章什么是全球导航卫星系统？'.

本文是我们的 "我们的世界 "系列文章之一。什么是惯性导航系统？'系列。