江苏惯性导航系统

功能分类：利用陀螺仪的动力学特性制成的各种仪表或装置，主要有以下几种：陀螺方向仪，能给出飞行物体转弯角度和航向指示的陀螺装置。它是三自由度均衡陀螺仪，其底座固连在飞机上，转子轴提供惯性空间的给定方向。若开始时转子轴水平放置并指向仪表的零方位，则当飞机绕铅直轴转弯时，仪表就相对转子轴转动，从而能给出转弯的角度和航向的指示。由于摩擦及其他干扰，转子轴会逐渐偏离原始方向，因此每隔一段时间（如15分钟）须对照精密罗盘作一次人工调整。陀螺仪的工作原理是基于角动量守恒定律，即物体在没有外力作用下，角动量保持不变。江苏惯性导航系统

随着物理学的不断发展和进步，陀螺仪的种类也日趋丰富，精度也在不断提高。目前广为人知的陀螺仪类型有光纤陀螺仪、激光陀螺仪和MEMS陀螺仪等。虽然MEMS陀螺仪在精度上可能不如光纤和激光陀螺仪，但其体积小、功耗低、成本低且易于批量生产的特点，使其在自动驾驶领域发挥着举足轻重的作用。MEMS陀螺仪的角速度测量原理基于一种非真实存在的力——科里奥利力。这种力是在非惯性参考系下引入的惯性力，引入之后便可以应用牛顿经典力学定律。我们假设一个黑色质量块以特定的速度V沿着一个方向移动，当外部角速率被施加时，会产生一个垂直于施加角速度方向的力，导致质量块发生位移。江苏惯性导航系统激光陀螺仪的精度较高，但成本相对较高，多用于航空航天等高精度场合。

主要工作原理：角动量守恒定律，角动量守恒定律是指系统所受合外力矩为零时系统的角动量保持不变。角动量的定义：物体矢径和其动量的叉积：（1）矢量的计算：叉积和点积，假设a、b为两个矢量，之间的夹角为θ，则点积：a · b = abcosθ（标量），叉积：a x b = absinθ（矢量，方向由右手螺旋定则决定，四指由a弯向b，大拇指方向即为叉积方向）。（2）角动量计算：物体矢径和动量的叉积，r为矢径，数值为物体到旋转中心的距离，方向为旋转中心指向物体的方向矢量；p为动量，数值为物体质量与线速度的乘积p=mv，方向为线速度v的方向；以该图的方向为例，依据角动量公式，可以得到角动量L的方向为竖直向上。（3）陀螺的角动量守恒，假设一个陀螺不受空气阻力（合外力力矩=0），陀螺与地面的接触面无限小（矢径=0），则角动量的合力矩为0，即角动量守恒。

陀螺仪(来自古希腊语的γῦροςgûros "圆形或者旋转" 和σκοπέω skopéō "看到的")，是用于测量或维护方位和角速度的设备。它是一个旋转的轮子或圆盘，其中旋转轴可以不受影响的设定在任何方向。当旋转发生时，根据角动量守恒定律，该轴的方向不受支架倾斜或旋转的影响。还有一些使用其他工作原理的陀螺仪，例如，在电子设备中可以看到的使用微芯片封装的微机电(MEMS)陀螺仪、固态环形激光器、光纤陀螺仪和极其灵敏的量子陀螺仪。智能手机中的陀螺仪可实现屏幕自动旋转、运动传感器等功能。

一个接近真实MEMS陀螺仪的结构如下图所示。外侧的蓝色与黄色部分别为驱动电极，它们通过施加交变电压来驱动内部的红色质量块及红色测量电极沿着特定方向做往返运动。红色质量块通过具有弹簧性质的绿色长条结构与基底相连，而红色的短栅与内侧蓝色的短栅则构成了电容的极板。当基底发生旋转时，质量块在科里奥利力的作用下会产生垂直方向的运动。这种运动的幅值与施加的角速度成正比。通过测量质量块上的红色电极与固定在底座上的蓝色电极之间的电容变化，我们就可以得到角速度的大小。陀螺仪在惯性导航仪中，可以用于测量飞行器的姿态、速度和位置，提供准确的导航数据。深圳航姿仪

机械陀螺仪通过物体的旋转来测量角速度，而光学陀螺仪则利用光的干涉原理来测量。江苏惯性导航系统

陀螺仪器较早是用于航海导航，但随着科学技术的发展，它在航空和航天事业中也得到普遍的应用。陀螺仪器不只可以作为指示仪表，而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件，即可作为信号传感器。根据需要，陀螺仪器能提供准确的方位、水平、位置、速度和加速度等信号，以便驾驶员或用自动导航仪来控制飞机、舰船或航天飞机等航行体按一定的航线飞行，而在导弹、卫星运载器或空间探测火箭等航行体的制导中，则直接利用这些信号完成航行体的姿态控制和轨道控制。作为稳定器，陀螺仪器能使列车在单轨上行驶，能减小船舶在风浪中的摇摆，能使安装在飞机或卫星上的照相机相对地面稳定等等。作为精密测试仪器，陀螺仪器能够为地面设施、矿山隧道、地下铁路、石油钻探以及导弹发射井等提供准确的方位基准。由此可见，陀螺仪器的应用范围是相当普遍的，它在现代化的国家防护建设和国民经济建设中均占重要的地位。江苏惯性导航系统