慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一個(gè)使用加速計(jì)和陀螺儀來(lái)測(cè)量物體的加速度和角速度，并用計(jì)算機(jī)來(lái)連續(xù)估算運(yùn)動(dòng)物體位置、姿態(tài)和速度的輔助導(dǎo)航系統(tǒng)。它不需要一個(gè)外部參考系，常常被用在飛機(jī)、潛艇、導(dǎo)彈和各種航天器上。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)至少包括計(jì)算機(jī)及含有加速度計(jì)、陀螺儀或其他運(yùn)動(dòng)傳感器的平臺(tái)（或模塊）。開(kāi)始時(shí)，有外界（操作人員及全球定位系統(tǒng)接收器等）給慣性導(dǎo)航系統(tǒng)提供初始位置及速度，此后慣性導(dǎo)航系統(tǒng)通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)傳感器的信息進(jìn)行整合計(jì)算，不斷更新當(dāng)前位置及速度。其優(yōu)勢(shì)在于給定了初始條件后，不需要外部參照就可確定當(dāng)前位置、方向及速度。通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)的加速度和角速度，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可以檢測(cè)位置變化（如向東或向西的運(yùn)動(dòng)），速度變化（速度大小或方向）和姿態(tài)變化（繞各個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)）。

ADIRS

在737NG機(jī)型上由大氣數(shù)據(jù)慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)ADIRS實(shí)現(xiàn)。

ADIRS向機(jī)組和飛機(jī)系統(tǒng)提供高度、空速、溫度、航向、姿態(tài)和當(dāng)前位置的數(shù)據(jù)信息。整個(gè)系統(tǒng)包含大氣數(shù)據(jù)組件ADM、總溫探頭TAT、迎角傳感器AOA、慣性系統(tǒng)顯示組件ISDU、方式選擇組件MSU、大氣數(shù)據(jù)慣性基準(zhǔn)組件ADIRU和IRS主警告組件等部件，其中最關(guān)鍵的部件是大氣數(shù)據(jù)慣性基準(zhǔn)組件ADIRU，它是主要的數(shù)據(jù)處理計(jì)算單元。每部大氣數(shù)據(jù)慣性基準(zhǔn)組件ADIRU由一部大氣數(shù)據(jù)基準(zhǔn)組件ADR和一部慣性基準(zhǔn)組件IR 組成 。每部ADIRU中的ADR和IR系統(tǒng)各自獨(dú)立工作，一個(gè)系統(tǒng)故障不會(huì)導(dǎo)致另一個(gè)系統(tǒng)失效。

大氣數(shù)據(jù)基準(zhǔn)組件ADR接收來(lái)自慣性基準(zhǔn)組件IR提供的俯仰，橫滾，垂直速度和加速度數(shù)據(jù)。ADR使用這些IR數(shù)據(jù)計(jì)算推力和地面效應(yīng)補(bǔ)償值。然后，ADR使用計(jì)算的推力和地面效應(yīng)補(bǔ)償值作為其靜壓源誤差修正計(jì)算的一部分。靜壓和全壓來(lái)自大氣數(shù)據(jù)組件ADM。在ADR處理器接收數(shù)據(jù)之前，大氣數(shù)據(jù)組件ADM將總溫TAT和迎角AOA數(shù)據(jù)從模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

慣性系統(tǒng)顯示組件ISDU或飛行管理計(jì)算機(jī)FMC向慣性基準(zhǔn)組件IR處理器提供初始位置數(shù)據(jù)。方式選擇組件MSU用來(lái)選擇操作模式。陀螺儀和加速度計(jì)向IR處理器提供運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。ADR為IR處理器提供高度，高度速率和真空速。IR使用此ADR數(shù)據(jù)作為其慣性高度、垂直速度和風(fēng)力計(jì)算的一部分。

慣性基準(zhǔn)的工作原理

慣性基準(zhǔn)IR有三個(gè)加速度計(jì)和三個(gè)激光陀螺儀，可以感應(yīng)運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)。IR使用加速度計(jì)和陀螺儀測(cè)量飛行器的加速度和角速度。因?yàn)樗俣确e分兩次就是位移，角速度積分就是角度姿態(tài)，通過(guò)以上積分就可以將載體坐標(biāo)系中的加速度轉(zhuǎn)換到導(dǎo)航坐標(biāo)系中(從地面觀察物體的運(yùn)動(dòng)情況)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是用得到的初始坐標(biāo)加上積分出的位移也就得到了新坐標(biāo)、初始角度加上積分得到的角度位移也就得到了新的角度，從而通過(guò)初始位置信息得到當(dāng)前的實(shí)時(shí)位置信息。

三個(gè)加速度計(jì)分別位于飛機(jī)的X軸、Y軸和Z軸，用來(lái)測(cè)量三個(gè)軸上的加速度信息。三個(gè)環(huán)形激光陀螺，分別對(duì)應(yīng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸（X,Y,Z），提供內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)。

1加速度計(jì)

在一個(gè)彈簧質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)中，當(dāng)殼體（與飛機(jī)結(jié)構(gòu)固定）沿飛機(jī)的速度軸有加速度時(shí)，慣性力（等效力）作用在慣性質(zhì)量塊上，使其移動(dòng)，直至與彈簧恢復(fù)力平衡，電位計(jì)即有與慣性力成正比的信號(hào)輸出，因而可測(cè)出載體的加速度。

在737NG飛機(jī)中加速度計(jì)是由兩個(gè)彈簧卡在外殼中心的物質(zhì)。當(dāng)飛機(jī)加速時(shí)，物質(zhì)從中心移動(dòng)并通過(guò)傳感器發(fā)出電信號(hào)。放大器放大該信號(hào)并將其發(fā)送到再定中線(xiàn)圈，該線(xiàn)圈將物質(zhì)移回中心。保持物質(zhì)定中所需的信號(hào)量與飛機(jī)加速度成比例。IR處理器將反饋信號(hào)對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分以計(jì)算速度，然后將計(jì)算出的速度對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分以計(jì)算飛行距離。然后IR處理器添加飛行到初始位置的距離以計(jì)算當(dāng)前位置。

2激光陀螺儀——Sagnac效應(yīng)

薩格奈克效應(yīng)可以用所示的半徑為R的圓環(huán)光路來(lái)說(shuō)明：兩束光從圓環(huán)光路上某一位置A向相反方向同時(shí)發(fā)出，分別以光速c傳播。

若環(huán)路靜止，則兩束光經(jīng)過(guò)距離2πR后，同時(shí)回到位置A，兩束光之間沒(méi)有相位差；

若圓環(huán)以角速度Ω順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，光從A出發(fā)順時(shí)針傳播回到“原處”所需時(shí)間為t，由于環(huán)路旋轉(zhuǎn)，在t時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)過(guò)角度為Ωt（即A移動(dòng)到B），所以對(duì)順時(shí)針光束，光傳播圓環(huán)一周走過(guò)的光程L實(shí)際變?yōu)長(zhǎng)=2πR+ΔL=2πR+RΩt=ct，所以，t=2πR/(c-RΩ)；同理，對(duì)于逆時(shí)針光，有 L’=2πR-ΔL=2πR-RΩt’=c’t’，故，t’=2πR/(c’+RΩ)。因?yàn)橄嗤橘|(zhì)中兩個(gè)方向上的光速相等，即c=c’=C，(C為相同介質(zhì)中光速)因此，Δt=t-t’=4πΩR2/（C2-R2Ω2）≈4πΩR2/C2=4AΩ/C2，(式中c02=c2=c*c，A為光路面積)，相應(yīng)的相位差為Δφ=8πAΩ/Cλ，與介質(zhì)無(wú)關(guān)，其中λ為同介質(zhì)中光波長(zhǎng)。

激光陀螺儀的原理是利用光程差來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)角速度（ Sagnac 效應(yīng)）。在閉合光路中，由同一光源發(fā)出的沿順時(shí)針?lè)较蚝头磿r(shí)針?lè)较騻鬏數(shù)膬墒夂凸飧缮妫脵z測(cè)相位差或干涉條紋的變化，就可以測(cè)出閉合光路旋轉(zhuǎn)角速度。激光陀螺儀的基本元件是環(huán)形激光器，環(huán)形激光器由三角形或正方形的石英制成的閉合光路組成，內(nèi)有一個(gè)或幾個(gè)裝有混合氣體（氦氖氣體）的管子，兩個(gè)不透明的反射鏡和一個(gè)半透明鏡。用高頻電源或直流電源激發(fā)混合氣體，產(chǎn)生單色激光。為維持回路諧振，回路的周長(zhǎng)應(yīng)為光波波長(zhǎng)的整數(shù)倍。用半透明鏡將激光導(dǎo)出回路，經(jīng)反射鏡使兩束相反傳輸?shù)募す飧缮?，通過(guò)光電探測(cè)器和電路輸入與輸出角度成比例的數(shù)字信號(hào)。

飛機(jī)通電后，只有進(jìn)行過(guò)慣導(dǎo)校準(zhǔn)后，慣性基準(zhǔn)系統(tǒng)才可以進(jìn)行正常工作，其本質(zhì)是設(shè)置初始位置。

ADIRU使用Z軸加速度計(jì)重力，然后通過(guò)三軸陀螺儀和加速度計(jì)來(lái)感應(yīng)地球自轉(zhuǎn)的線(xiàn)速度。然后使用地球速率和重力來(lái)計(jì)算本地垂直線(xiàn)、真北，每個(gè)緯度的自轉(zhuǎn)的角速度一樣但線(xiàn)速度是不一樣的，飛機(jī)在赤道上得到的自轉(zhuǎn)線(xiàn)速度最快，越靠近兩極感受到的自轉(zhuǎn)線(xiàn)速度越慢，所以根據(jù)測(cè)量計(jì)算出的自轉(zhuǎn)線(xiàn)速度就可以確定緯度信息。

但是經(jīng)度信息不能通過(guò)測(cè)量和計(jì)算得出，就需要手動(dòng)輸入位置信息。在ADIRU測(cè)量完這些值并與輸入的緯度信息對(duì)比后，結(jié)合輸入的經(jīng)度信息，ADIRU完成校準(zhǔn)到真北，然后準(zhǔn)備導(dǎo)航，ADIRS校準(zhǔn)時(shí)間將根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥榷兓?。ADIRS校準(zhǔn)時(shí)間將在赤道最少5分鐘至78.25度（北緯或南緯）最大17分鐘之間變化。如果當(dāng)前位置緯度在北緯60.0度與南緯60.0度之間，則校準(zhǔn)時(shí)間不會(huì)超過(guò)10分鐘。在60.0和70.2度北緯或南緯的緯度之間，校準(zhǔn)時(shí)間固定為10分鐘。在70.2和78.25度北緯或南緯的緯度之間，校準(zhǔn)時(shí)間固定為17分鐘。在北緯或南緯78.25以上的緯度則無(wú)法進(jìn)行慣導(dǎo)校準(zhǔn)。

3慣導(dǎo)校準(zhǔn)

使用方式選擇組件MSU上的模式選擇器啟動(dòng)ADIRU校準(zhǔn)。將選擇器從OFF移至NAV。左選擇器控制左ADIRU，右選擇器控制右ADIRU。

ON DC燈亮5秒鐘。在此期間，ADIRU會(huì)檢查其直流電源。5秒鐘后，ON DC指示燈熄滅，ALIGN指示燈亮。ADIRU現(xiàn)在已處于校準(zhǔn)模式。

如果ADIRU在校準(zhǔn)模式下檢測(cè)到飛機(jī)移動(dòng)，則校準(zhǔn)程序?qū)⑼Ｖ埂Ｒ苿?dòng)停止后，將開(kāi)始新的校準(zhǔn)。

必須在校準(zhǔn)期間輸入ADIRU的當(dāng)前位置數(shù)據(jù)。ADIRU計(jì)算當(dāng)前位置緯度但不能計(jì)算當(dāng)前位置經(jīng)度，其使用輸入的緯度和經(jīng)度。在輸入當(dāng)前位置信息后ADIRU會(huì)將輸入的緯度與其計(jì)算值進(jìn)行比較，以確保其緯度計(jì)算正確。

可以使用慣性系統(tǒng)顯示組件ISDU或FMCS CDU輸入當(dāng)前位置數(shù)據(jù)。如果兩個(gè)ADIRU都處于校準(zhǔn)模式時(shí)，只需輸入一次數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)會(huì)傳輸?shù)絻蓚€(gè)ADIRU。

如果輸入錯(cuò)誤，則可以再次輸入數(shù)據(jù)，ADIRU會(huì)使用最后一次輸入的數(shù)據(jù)。

4通過(guò)CDU查看維護(hù)信息

ADIRS可以通過(guò)飛行管理計(jì)算機(jī)控制顯示組件（CDU）查看的維護(hù)信息。從MAINT BITE INDEX中選擇ADIRS，在4L行選鍵，顯示ADIRSBITE頁(yè)面。在ADIRS BITE頁(yè)面上，選擇1L LSK上的ADIRS L或2L LSK上的ADIRSR，分別查看左ADIRU或右ADIRU的ADIRS BITE主菜單?？梢圆榭吹木S護(hù)信息包括當(dāng)前狀態(tài)/Current status、飛行故障/Inflight faults、地面測(cè)試/Ground test、識(shí)別/構(gòu)型/Ident/config?！爱?dāng)前信息”包括維護(hù)信息代碼和故障描述。在“飛行故障”中可以查看ADIRU在 9個(gè)航段內(nèi)的故障，每個(gè)航段可存儲(chǔ)最多26個(gè)故障。如果在地面發(fā)生故障，則會(huì)將故障存儲(chǔ)為當(dāng)前故障。如果新航段開(kāi)始時(shí)故障存在，則ADIRU將故障存儲(chǔ)在新航段中。

“地面測(cè)試”中包含IR地面測(cè)試和ADR地面測(cè)試。

IR測(cè)試中如果地面速度超過(guò)20節(jié)，或IR處于姿態(tài)模式，則IR地面測(cè)試將不會(huì)運(yùn)行。測(cè)試開(kāi)始時(shí)，MSU和ISDU上的所有指示燈亮起2秒鐘。在2到10秒之間，所有IR數(shù)據(jù)都會(huì)失效，使用IR數(shù)據(jù)的組件和顯示器均顯示故障旗標(biāo)和故障情況。R地面測(cè)試開(kāi)始10秒后，ADIRU在其數(shù)據(jù)總線(xiàn)上發(fā)送測(cè)試值，測(cè)試值顯示在IR GROUND TEST的第2頁(yè)和第3頁(yè)，然后查看駕駛艙顯示器來(lái)驗(yàn)證測(cè)試值。

ADR測(cè)試如果當(dāng)計(jì)算空速超過(guò)30節(jié)，則ADR地面測(cè)試會(huì)被抑制。測(cè)試開(kāi)始時(shí)，會(huì)聽(tīng)到2秒鐘的超速警告。在2到7秒之間，所有ADR數(shù)據(jù)都會(huì)失效。使用ADR數(shù)據(jù)的組件和顯示器均顯示故障旗標(biāo)和故障情況。ADR地面測(cè)試開(kāi)始7秒后，ADIRU在其數(shù)據(jù)總線(xiàn)上發(fā)送測(cè)試值，測(cè)試值顯示在ADR GROUND TEST的第2頁(yè)，然后查看駕駛艙顯示屏以驗(yàn)證測(cè)試值。

在IDENT/CONFIG頁(yè)面可以查看ADIRU硬件件號(hào)和序號(hào)。