什么是惯性导航
我们对“导航”这个词并不陌生，在生活中这个词很常见。在惯性技术领域，导航就是引导运载体到达预定目的地的过程。要对运载体进行引导，就要知道运载体当前的运动状态，如位置、速度、加速度、方位、俯仰和横滚等，这些由导航系统输出的，用以完成引导任务的指示信号，就称为导航信息。“我现在在哪里？运动状态怎样？如何按计划到达目的地？”这是导航系统要回答的问题，“现在”指的是时间的概念，“哪里”指的是位置，也就是空间的概念。
惯性导航就是利用惯性器件测量运载体位置、速度、航向等导航参数的技术。我们在前面已经简单阐述了惯性导航的基本原理。由其工作原理可知，惯性导航系统是一种具有自主性、隐蔽性的系统，工作中既不接收又不发射任何电磁波。而且，其输出信息具有连续性和普遍存在性，从而使运载体可在任何地点连续工作，不论山区、水下、隧道、森林，均无障碍。因此，惯性导航系统常常作为运载体的中心信息源，是运载体姿态稳定和运动控制的核心系统。
惯性导航系统从结构上可以分为平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统；从功能上可以分为导航系统、定位定向系统、航姿系统和制导系统等。根据运动平台的特点，可以选择相应的惯性导航/制导系统。
陀螺罗经
在茫茫的大海中，无论是白天还是黑夜，无论是风平浪静还是惊涛骇浪，舰船都能在大海上航行，舵手靠什么来辨别方向呢？原来，他有一个能指示方向的助手，这个助手的名字叫作陀螺罗经。
随着世界航海事业的发展，铁壳轮船和军舰代替了木质船体。传统的磁罗盘已经无法在轮船、军舰上正常使用。铁质船体的屏蔽改变了船上的磁场分布，甲板上机械的移动、武器的转动甚至船上电动机的使用都会干扰磁罗盘，使之产生大的偏差而失去指示航向的功能。许多科学家开始潜心研究，如何利用陀螺仪的特性来制造不受环境影响的稳定的方向基准装置。1901年，德国安休茨博士为了实现乘潜艇赴北极冰区水下探险的设想，发现常规的磁罗经在具有不稳定磁场和磁反射特性的区域中会带来很大的误差，在潜艇的封闭钢质壳体中也会失灵，他便探求设计一种能代替磁罗经的陀螺罗经，终于在1904年研制出第一台陀螺罗经，利用陀螺仪转子轴指北与找北的期望终于变成了现实。
1905年，他的陀螺仪在“水上女神号”巡洋舰上试用，由于舰船运动对陀螺仪的干扰使它不能正常工作，试验结果失败。1906年，安休茨的研究工作得到了他的表兄舒勒教授的鼎力相助。1908年，世界上第一台用于船上导航的陀螺罗经在安休茨和舒勒的合作下研制成功，并应用在“德意志号”战舰上。这是按周期为84.4分钟舒勒摆原理设计的一种单转子液浮航海陀螺罗经。德国皇家海军成批订货，将其用于潜艇和水面舰艇上。至此，世界上第一台船用陀螺罗经诞生。
重力是地球表面附近物体所受到的地球引力，由于地球是一个椭球体，所以同一物体在地球上不同纬度和高度点所受重力稍有不同，越接近两极、越接近地面，重力越大。利用机械转子式陀螺仪特性、地球自转角速度及重力特性，使陀螺主轴能精确地自动寻找北向并保持在地理子午面内的找北装置就是陀螺罗经。它是一种不依赖于外部的声、光、电、磁等一切信息自主地寻找真北，并在运动体上建立稳定的真北方向基准，从而准确测量运动方向的惯性仪器。
事实上，陀螺罗经由一个陀螺仪和一个摆锤组成，如图1所示。前者是为了敏感地球自转角速度ωie，后者是为了敏感地球重力矢量g。陀螺罗经利用上述两种矢量信息，并利用陀螺仪的进动性，使其主轴精确地自动寻北并保持在当地地理子午面内。
图1 陀螺罗经原理示意图
军用舰艇上的陀螺罗经航向精度要求高，而采取的误差克服与补偿措施也多，使陀螺罗经在匀速直线运动时的航向误差控制在1°左右。而对商船应用，其精度要求不高，因此，可不必采取过多的消除误差措施，从而使商用陀螺罗经结构较简单，成本也低得多。图2为早期发明的陀螺罗经和目前正在应用的电控罗经。
图2 陀螺罗经
（a）安休茨陀螺罗经；
（b）电控罗经
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