慣性導航系統(tǒng)是一個使用加速計和陀螺儀來測量物體的加速度和角速度，并用計算機來連續(xù)估算運動物體位置、姿態(tài)和速度的輔助導航系統(tǒng)。它不需要一個外部參考系，常常被用在飛機、潛艇、導彈和各種航天器上。慣性導航系統(tǒng)至少包括計算機及含有加速度計、陀螺儀或其他運動傳感器的平臺（或模塊）。開始時，有外界（操作人員及全球定位系統(tǒng)接收器等）給慣性導航系統(tǒng)提供初始位置及速度，此后慣性導航系統(tǒng)通過對運動傳感器的信息進行整合計算，不斷更新當前位置及速度。其優(yōu)勢在于給定了初始條件后，不需要外部參照就可確定當前位置、方向及速度。通過檢測系統(tǒng)的加速度和角速度，慣性導航系統(tǒng)可以檢測位置變化（如向東或向西的運動），速度變化（速度大小或方向）和姿態(tài)變化（繞各個軸的旋轉(zhuǎn)）。

ADIRS

在737NG機型上由大氣數(shù)據(jù)慣性基準系統(tǒng)ADIRS實現(xiàn)。

ADIRS向機組和飛機系統(tǒng)提供高度、空速、溫度、航向、姿態(tài)和當前位置的數(shù)據(jù)信息。整個系統(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)慣性基準組件ADIRU，它是主要的數(shù)據(jù)處理計算單元。每部大氣數(shù)據(jù)慣性基準組件ADIRU由一部大氣數(shù)據(jù)基準組件ADR和一部慣性基準組件IR 組成 。每部ADIRU中的ADR和IR系統(tǒng)各自獨立工作，一個系統(tǒng)故障不會導致另一個系統(tǒng)失效。

大氣數(shù)據(jù)基準組件ADR接收來自慣性基準組件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)計算推力和地面效應補償值。然后，ADR使用計算的推力和地面效應補償值作為其靜壓源誤差修正計算的一部分。靜壓和全壓來自大氣數(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)字數(shù)據(jù)。

慣性系統(tǒng)顯示組件ISDU或飛行管理計算機FMC向慣性基準組件IR處理器提供初始位置數(shù)據(jù)。方式選擇組件MSU用來選擇操作模式。陀螺儀和加速度計向IR處理器提供運動數(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、垂直速度和風力計算的一部分。

慣性基準的工作原理

慣性基準IR有三個加速度計和三個激光陀螺儀，可以感應運動和角運動。IR使用加速度計和陀螺儀測量飛行器的加速度和角速度。因為速度積分兩次就是位移，角速度積分就是角度姿態(tài)，通過以上積分就可以將載體坐標系中的加速度轉(zhuǎn)換到導航坐標系中(從地面觀察物體的運動情況)，簡單來說就是用得到的初始坐標加上積分出的位移也就得到了新坐標、初始角度加上積分得到的角度位移也就得到了新的角度，從而通過初始位置信息得到當前的實時位置信息。

三個加速度計分別位于飛機的X軸、Y軸和Z軸，用來測量三個軸上的加速度信息。三個環(huán)形激光陀螺，分別對應一個旋轉(zhuǎn)軸（X,Y,Z），提供內(nèi)部轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)。

1加速度計

在一個彈簧質(zhì)點系統(tǒng)中，當殼體（與飛機結(jié)構(gòu)固定）沿飛機的速度軸有加速度時，慣性力（等效力）作用在慣性質(zhì)量塊上，使其移動，直至與彈簧恢復力平衡，電位計即有與慣性力成正比的信號輸出，因而可測出載體的加速度。

在737NG飛機中加速度計是由兩個彈簧卡在外殼中心的物質(zhì)。當飛機加速時，物質(zhì)從中心移動并通過傳感器發(fā)出電信號。放大器放大該信號并將其發(fā)送到再定中線圈，該線圈將物質(zhì)移回中心。保持物質(zhì)定中所需的信號量與飛機加速度成比例。IR處理器將反饋信號對時間進行積分以計算速度，然后將計算出的速度對時間進行積分以計算飛行距離。然后IR處理器添加飛行到初始位置的距離以計算當前位置。

2激光陀螺儀——Sagnac效應

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

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

若圓環(huán)以角速度Ω順時針轉(zhuǎn)動，光從A出發(fā)順時針傳播回到“原處”所需時間為t，由于環(huán)路旋轉(zhuǎn)，在t時間內(nèi)，轉(zhuǎn)過角度為Ωt（即A移動到B），所以對順時針光束，光傳播圓環(huán)一周走過的光程L實際變?yōu)長=2πR+ΔL=2πR+RΩt=ct，所以，t=2πR/(c-RΩ)；同理，對于逆時針光，有 L’=2πR-ΔL=2πR-RΩt’=c’t’，故，t’=2πR/(c’+RΩ)。因為相同介質(zhì)中兩個方向上的光速相等，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)，相應的相位差為Δφ=8πAΩ/Cλ，與介質(zhì)無關(guān)，其中λ為同介質(zhì)中光波長。

激光陀螺儀的原理是利用光程差來測量旋轉(zhuǎn)角速度（ Sagnac 效應）。在閉合光路中，由同一光源發(fā)出的沿順時針方向和反時針方向傳輸?shù)膬墒夂凸飧缮?，利用檢測相位差或干涉條紋的變化，就可以測出閉合光路旋轉(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)有一個或幾個裝有混合氣體（氦氖氣體）的管子，兩個不透明的反射鏡和一個半透明鏡。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，回路的周長應為光波波長的整數(shù)倍。用半透明鏡將激光導出回路，經(jīng)反射鏡使兩束相反傳輸?shù)募す飧缮妫ㄟ^光電探測器和電路輸入與輸出角度成比例的數(shù)字信號。

飛機通電后，只有進行過慣導校準后，慣性基準系統(tǒng)才可以進行正常工作，其本質(zhì)是設置初始位置。

ADIRU使用Z軸加速度計重力，然后通過三軸陀螺儀和加速度計來感應地球自轉(zhuǎn)的線速度。然后使用地球速率和重力來計算本地垂直線、真北，每個緯度的自轉(zhuǎn)的角速度一樣但線速度是不一樣的，飛機在赤道上得到的自轉(zhuǎn)線速度最快，越靠近兩極感受到的自轉(zhuǎn)線速度越慢，所以根據(jù)測量計算出的自轉(zhuǎn)線速度就可以確定緯度信息。

但是經(jīng)度信息不能通過測量和計算得出，就需要手動輸入位置信息。在ADIRU測量完這些值并與輸入的緯度信息對比后，結(jié)合輸入的經(jīng)度信息，ADIRU完成校準到真北，然后準備導航，ADIRS校準時間將根據(jù)當?shù)鼐暥榷兓?。ADIRS校準時間將在赤道最少5分鐘至78.25度（北緯或南緯）最大17分鐘之間變化。如果當前位置緯度在北緯60.0度與南緯60.0度之間，則校準時間不會超過10分鐘。在60.0和70.2度北緯或南緯的緯度之間，校準時間固定為10分鐘。在70.2和78.25度北緯或南緯的緯度之間，校準時間固定為17分鐘。在北緯或南緯78.25以上的緯度則無法進行慣導校準。

3慣導校準

使用方式選擇組件MSU上的模式選擇器啟動ADIRU校準。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)在已處于校準模式。

如果ADIRU在校準模式下檢測到飛機移動，則校準程序?qū)⑼Ｖ?。移動停止后，將開始新的校準。

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

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

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

4通過CDU查看維護信息

ADIRS可以通過飛行管理計算機控制顯示組件（CDU）查看的維護信息。從MAINT BITE INDEX中選擇ADIRS，在4L行選鍵，顯示ADIRSBITE頁面。在ADIRS BITE頁面上，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護信息包括當前狀態(tài)/Current status、飛行故障/Inflight faults、地面測試/Ground test、識別/構(gòu)型/Ident/config?！爱斍靶畔ⅰ卑ňS護信息代碼和故障描述。在“飛行故障”中可以查看ADIRU在 9個航段內(nèi)的故障，每個航段可存儲最多26個故障。如果在地面發(fā)生故障，則會將故障存儲為當前故障。如果新航段開始時故障存在，則ADIRU將故障存儲在新航段中。

“地面測試”中包含IR地面測試和ADR地面測試。

IR測試中如果地面速度超過20節(jié)，或IR處于姿態(tài)模式，則IR地面測試將不會運行。測試開始時，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)都會失效，使用IR數(shù)據(jù)的組件和顯示器均顯示故障旗標和故障情況。R地面測試開始10秒后，ADIRU在其數(shù)據(jù)總線上發(fā)送測試值，測試值顯示在IR GROUND TEST的第2頁和第3頁，然后查看駕駛艙顯示器來驗證測試值。

ADR測試如果當計算空速超過30節(jié)，則ADR地面測試會被抑制。測試開始時，會聽到2秒鐘的超速警告。在2到7秒之間，所有ADR數(shù)據(jù)都會失效。使用ADR數(shù)據(jù)的組件和顯示器均顯示故障旗標和故障情況。ADR地面測試開始7秒后，ADIRU在其數(shù)據(jù)總線上發(fā)送測試值，測試值顯示在ADR GROUND TEST的第2頁，然后查看駕駛艙顯示屏以驗證測試值。

在IDENT/CONFIG頁面可以查看ADIRU硬件件號和序號。