四川高精度惯导

下面，我们以单自由度陀螺仪为例，来解析角速度测量的原理。单自由度陀螺仪的简化模型如下图所示，其中x、y、z分别表示陀螺仪的三个轴。假设基座被固定在汽车上，y轴即为汽车的前进方向。当汽车绕y轴或z轴旋转时，内环起到了隔离运动的作用，陀螺转轴并不会随汽车转动而转动。但当汽车绕x轴转动时，内环上会产生一对力F，形成沿x轴方向的力矩mx。由于陀螺仪在x轴方向没有转动自由度，力矩mx将使陀螺主轴绕内环y轴进动。因此，通过测量y轴的角速度，我们可以间接测量到汽车在x轴的角速度。具体的建模和求解过程需要基于动量矩定理，这里不再详细展开。陀螺仪在科研领域也用于地质勘探、结构物监测和机器人技术的发展，扩展了其应用边界和功能。四川高精度惯导

陀螺仪，是一种用来感测与维持方向的装置，基于「角动量守恒」的理论设计出来的。陀螺仪主要是由一个位于轴心可以旋转的轮子构成，陀螺仪一旦开始旋转，由于轮子的「角动量」，陀螺仪有抗拒方向改变的趋向。陀螺仪多用于导航、定位等系统，1850 年法国的物理学家 J.Foucault 为了研究地球自转，首先发现高速转动中的转子，由于「惯性」作用它的旋转轴永远指向一固定方向，他用希腊字 gyro（旋转）和 skopein（看）两字合为 gyro scopei 一字来命名这种仪表。湖南惯性导航系统行价陀螺仪分为机械式、激光式和光纤式三大类，各自具有独特的优势和局限性。

陀螺仪是将一个中心轮盘安装在两个或三个万向节上的装置。这些万向节通过枢轴支撑可以使这个中心轮盘绕单个轴旋转。如果三个万向节为一组，且每一个都通过正交的枢轴安装在另一个上，就可以使安装在较内万向节上的中心轮盘具有其自身的单独方向，区别于其支架在空间中的方位。若是两个万向节为一组，做为该陀螺仪的框架的外部万向节，被安装成可以绕自身支架所在平面内的轴方向进行枢轴旋转。所以这个外部万向节只可以在一个角度上自由旋转。

因为在倒飞状态下，陀螺仪会自动锁定倒飞的姿态，升降舵操纵杆回中不动，陀螺仪都会自动将飞机一直保持直线倒飞状态，而不用担心手指推舵的舵量是否准确。那么你就可以放心的在跑道远端操控飞机进入较低空倒飞通场状态，然后可以不用怎么操控，飞机也能一直保持较低空倒飞通场了。陀螺仪在车载导航设备中的应用，车载导航是通过接受GPS卫星信号定位成功后，确定目标再根据导航软件自带数据库规划路线，然后进行导航。因为GPS需要车载导航系统在同步卫星的直接视线之内才能工作，所以隧道、桥梁、或是高层建筑物都会挡住这直接视线，使得导航系统无法工作。陀螺仪可以用于船舶和航空器的姿态稳定控制，提高航行的安全性和稳定性。

静电陀螺仪又称电浮陀螺。在金属球形空心转子的周围装有均匀分布的高压电极,对转子形成静电场,用静电力支承高速旋转的转子。这种方式属于球形支承，转子不只能绕自转轴旋转，同时也能绕垂直于自转轴的任何方向转动，故属自由转子陀螺仪类型。静电场只有吸力，转子离电极越近吸力就越大，这就使转子处于不稳定状态。用一套支承电路改变转子所受的力，可使转子保持在中心位置。静电陀螺仪采用非接触支承，不存在摩擦,所以精度很高,漂移率低达10～10度/时。它不能承受较大的冲击和振动。它的缺点是结构和制造工艺复杂，成本较高。陀螺仪可以用于地理测量和地图制作，提供准确的地理信息。四川高精度惯导

机械式陀螺仪通过旋转部件的惯性来感知角度变化，凭借其稳定性和简单性被普遍应用于航空航天领域。四川高精度惯导

陀螺仪的前世今生，陀螺仪由1850年法国物理学家莱昂·傅科在研究地球自传中获得灵感而发明出来的，类似像是把一个高速旋转的陀螺放到一个万向支架上，靠陀螺的方向来计算角速度，和现在小巧的芯片造型大相径庭。陀螺仪发明以后，首先被用在航海上（当年还没有发明飞机），后来被用在航空上。因为飞机飞在空中，是无法像地面一样靠肉眼辨认方向的，而飞行中方向都看不清楚危险性极高，所以陀螺仪迅速得到了应用，成为飞行仪表的主要。四川高精度惯导