慣性測量系統
科技名詞定義
中文名稱：慣性測量系統英文名稱：inertialsurveyingsystem;ISS定義：由加速度計和陀螺平台等慣性器件組成的用於測定載體空間位置、姿態和重力場參數的系統。套用學科：測繪學（一級學科）；測繪學總類（二級學科）
正文
利用陀螺儀、加速度計等慣性敏感元件和電子計算機，實時測量運載體相對於地面運動的加速度，以確定運載體的位置和地球重力場參數的組合儀器。這種系統是在慣性導航系統的基礎上發展起來的，按所採用的導航坐標系統分為兩大類：當地水平慣性系統和空間穩定系統。一般多採用第一類的當地水平指北慣性系統。
組成 整個系統安裝在運載體(汽車或直升飛機)上，主要包括慣性測量裝置（其核心為加速度計、陀螺儀和萬向支架）、電子計算機、控制顯示器、數據存儲記錄器和電源（見圖）。
測量的基本原理 以當地水平指北系統為例，在陀螺儀GE、GN、GZ和電子計算機控制下,慣性平台始終保持地平坐標系,安裝在平台上的3個互相正交的加速度計AE、AN、AZ,分別測出沿東西、南北和垂直方向的加速度分量ɑE、ɑN、ɑZ,並輸入計算機。在消除加速度計誤差、重力加速度和由於地球自轉產生的科里奧利加速度影響後，得出運載體相對地平坐標系的位移加速度分量,再就t（從起始點到待測點的時間）進行兩次積分，並考慮初始速度值v 0N、v 0E、v0Z，就可解算出相對前一起始點的坐標變化量，同相應起始點的經度λ0、緯度嗘0和高程h0累加，就得到待定點的坐標λ、嗘 和h：
垂直加速度計的輸出信號ɑZ，實際是運載體垂直加速度與當地的重力加速度之和。當運載體停止時，它的垂直加速度為零,這時從ɑZ中消除非重力加速度之後,就得到當地的重力加速度g 。
運載體在運動過程中，由計算機通過陀螺儀控制慣性平台，不斷地按參考橢球面的曲率進動。由於加速度計誤差、陀螺儀漂移和垂線偏差變化等因素的影響，運載體到達待測點停止時,平台將不平行於當地水平面,兩個水平加速度計的輸出不等於零。消除加速度計誤差和陀螺儀漂移後，就得到相對於前一點的垂線偏差變化分量Δζ 和Δη的輸出，加上前一點已知的垂線偏差分量ζ0 和η0，便得出待測點的垂線偏差分量ζ和η。
慣性平台的指北方位基準由方位感測器傳遞，經計算機可隨時顯示平台外殼光學鏡面法線的方位角Q,需要時可用自準直光學經緯儀引出。
精度 慣性測量的精度主要受加速度計和陀螺儀的影響， 70年代以來，加速度計的測量精度為 1×10-5～1×10-7伽；陀螺儀隨機漂移率約為10-4～10-6ω,它使測量誤差隨測量時間的延長而增加。因此，在行進過程中，採用運載體每隔相等時間停下來的方法，以提高測量精度。當運載體停止時，其運動加速度和速度應精確為零，利用這一信息，可以檢核和改正前段隨時間積累的誤差，這一操作稱為“零速更新”。在測量時，通常每隔3～5分鐘停20～30秒鐘，進行一次零速更新。由於慣性測量系統採用了這種獨特的方法，使定位精度比慣性導航系統高得多。70年代末,慣性測量系統能達到的精度是:平面位置中誤差為±0.5米,高程中誤差為±0.2米,重力加速度的中誤差為±2毫伽，垂線偏差的中誤差為±1.5″。如果用這種系統布設直伸導線，並構成導線網，進行平差後,精度還可以提高。與其他高精度測量方法比較,慣性測量系統的精度仍然偏低，目前只適用於在已知高級控制點之間進行加密。
測量方法 一般用慣性測量系統進行導線測量，首先在實驗室和野外檢定場檢測該系統是否正常，並標定有關參數。在測量導線開始時，慣性測量系統先停在已知起始點，完成初始對準，再一次檢測系統，建立平台地平坐標系，並輸入已知起始點坐標和當地重力場參數，然後開始導線測量。施測時，每隔相等時間進行“零速更新”，到達待測點停下來自動記錄坐標值和其他參數。如此繼續測量，直到閉合到已知終點。若有些待測點的位置不便靠近，可利用測距儀和經緯儀測量偏心值，並歸算到待測點上。
特點和發展趨勢 安裝在運載體上的慣性測量系統，不依賴外界的其他輔助設備，能快速而獨立地測量λ、嗘、h、g、ζ、η和Q 等多種定位和地球重力場參數，使作業效率大大提高。該系統可以全天候工作，不受大氣折射的影響，不要求相鄰待測點之間通視，克服了傳統大地測量所受的自然條件的限制。因此，慣性測量系統為大地控制網的加密和快速定位開闢了新的途徑。80年代以來,在系統上加裝重力梯度儀,並配合衛星都卜勒定位，還可進一步提高測量精度和工作效率。慣性測量系統的缺點是儀器結構複雜,造價較高,維護工作繁重。但它仍是一種能滿足軍事測繪要求的全天候快速測量儀器。
