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1、捷联惯性技术的开展及与平台惯导系统的比照hesp导语：惯性技术是惯性导航技术、惯性制导技术、惯性仪表技术、惯性测量技术以及惯性测试设备和装置技术的统称。1.惯性技术与惯性导航的概述惯性技术是惯性导航技术、惯性制导技术、惯性仪表技术、惯性测量技术以及惯性测试设备和装置技术的统称。它已有四十多年的开展历史了。由于惯性技术的自主性等特点，它不需要引人外界信息便可实现制导于导航。所以，它在国防科技中占有非常重要的地位，广泛的运用于航天、航空、航海等军事领域；随着惯性技术和计算机技术的不断开展以及本钱降低，很多国家将其应用领域扩大到当代化交通运输、海洋开发、大地测量与勘探、石油钻井、矿井、隧道的掘进与贯
2、穿、机器人控制、当代化医疗器械、摄影技术以及森林防护、农业播种、施肥等民用领域。惯性导航系统InertialNavigationSystem，简称惯导，是利用惯性敏感元件、基准方向及最初的位置信息来确定运载体的方位、姿态和速度的自主式航位推算系统。惯性导航系统可以分为平台式惯导系统和捷联式惯导系统两大类：平台式惯导系统是将陀螺仪和加速计安装在一个稳定平台上，以平台坐标系为基准，测量运载体运动参数的惯性导航系统；捷联式惯导系统StrapdownInertialNavigationSystem,SINS是将惯性敏感元件陀螺仪和加速计直接安装在运载体上，是一种不再需要稳定平台或者常平架系统的惯性导航
3、系统。导航的目的就是为了得到运载体的实时的方位、姿态和速度。在工程运用中，可以测定物体运动参数的方法很多：如测量位移可以用里程计，还可以用无线电定位技术、天文定位技术和卫星定位技术等；要测速度可以用测速计；要测转角可用角位置传感器电位计、光电码盘等等；要测角速度可以用转速表、测速电机等等。但是，以上各种测量手段还没有一种可以在同一时刻单独实时而又高精度地测量运载体的线运动和角运动，而惯性技术正是测量这些运动参数的最理想的手段。惯性导航系统不仅可以全面地检测到几乎所有的运动参数，而且还有一个极大的优点是完全自主式的导航测量方法。它不依靠声、光、磁、电等外部信息来测量物体的运动参数，其工作完全不受
4、自然的和人为的干扰影响，具有极其重要的军事意义。所以惯性技术是其它任何导航定位定向手段不能替换的。正由于惯性技术的地位如此重要，它受到世界上技术先进国家的普遍重视。美、英、法、德和前苏联都投入相当大的气力从事惯性技术及有关装置的研究。当代科技开展促进了惯导技术的开展，惯性导航技术已经成为当代高科技开展程度的标志之一。2.捷联惯性技术的开展捷联具有悠久的历史，所谓捷联捷联惯性系统也就是将惯性敏感元件陀螺与加速度计直接捆绑在飞行器上进而完成制导。捷联惯导技术最早可以追溯到18世纪50年代，德国著名科学家博耐伯格JohannGottlobFriedrichvonBohnenberger创造了带有稳定
5、平台的陀螺仪gyroscope模型。100年之后法国的光学物理实验学家傅科LeonFoucault创造了当代意义上的陀螺并提出了陀螺罗经理论。此后一直到第二次世界大战，有一大批著名的科学家为惯性技术做出了出色的奉献，如著名科学家安修茨Dr.HermannAuschutz-Kaempfe、斯佩里ElmerAmbroseSperry、德雷珀Dr.CharlesStarkDraper、舒勒Prof.MaxSchuler等。真正第一次出色完成导航任务的是二战末期德国著名火箭专家冯布劳恩WernherVonBraun和他的研制小组创造的著名的V-2火箭。在V-2火箭上装载的导航系统就是最原始的捷联惯性导
6、航系统，该火箭从当时纳粹德国飞越过英吉祥海峡准确命中伦敦，震惊世界。捷联惯导技术在美国和苏联迅速地开展起来，主要用于军事武器系统。1950年起，麻省理工学院德雷珀实验室先后完成了平台惯导系统的飞行器试飞和舰船试航。同时，捷联络统也得到成熟的探究。1969年，在“阿波罗-13宇宙飞船在飞向月球途中，效劳舱发生爆炸使指令舱电源遭破坏。紧急情况下，正是由于德雷珀实验室低功耗备份捷联惯导系统LM/ASA的引导，将飞船引导到返回地球的轨道上，平安降落到太平洋上。由于捷联络统本身固有的优点，以及随着高速大容量的数字计算机技术和高精度陀螺仪技术出现，捷联导航系统在低本钱、短期中精度导航中呈现出逐渐取代平台式
7、系统的趋势。并且在这一时期捷联络统由试飞阶段进入了应用阶段。激光、光纤等新型固态陀螺仪的已逐渐成熟。这些新型陀螺仪具有测量角速度不受限制，过载才能强，精度与过载无关，可性高，启动快等优点，这些正是捷联络统所追求的。在欧洲，军用飞机中的所有新型以及改良型飞机大局部是用激光陀螺仪惯导装置；在美国军用惯导系统1984年全部为平台式，到1989年已有一半改为捷联式，1994年捷联式已占有90%。捷联惯性导航系统正朝着高度、高可性、低本钱、小型化、数字化、应用领域更加广泛的方向迅速开展。在此根底上，SIN/GPS、SIN/DVL、捷联/天文导航等组合导航系统将成为将来开展的一个方向。3.捷联惯导系统与平
8、台惯导系统的比照平台系统采用常平架平台，在平台上安装惯性敏感元件。平台可以隔离载体运动对敏感元件的影响并且框架轴上角度传感器直接输出姿态角，然后进展导航推算。平台系统已经到达了很高的程度，但是其造价、维修费用特别昂贵，而且其采用了框架伺服系统，相对可性将会下降。捷联络统采用的是数学姿态转换平台，将惯性敏感元件直接安装到载体上，敏感元件的输出信息直接输送到导航计算机中进展实时的姿态矩阵解算，通过姿态矩阵把惯性导航系统中加速计测量到的信息转换到导航用的导航参考坐标系中进展导航积分运算以及提取姿态角信息从平台系统和捷联络统的工作原理中，作如下比照：1捷联络统敏感元件便于安装、维修和更换；2捷联络统敏感元件可以直接给出舰船坐标系的所有导航参数，提供应导航、稳定控制系统和武备控制系统；3捷联络统敏感元件易于重复布置，进而在惯性敏感元件级别上实现冗余技术，这对进步性能和可性特别有利；4捷联络统去掉了常平架平台，消除了稳定平台稳定经过的各种误差同时减小系统体积。捷联络统把敏感元件直接固定在载体上导致惯性敏感元件工作环境恶化，降低了系统的精度。因此，必须采取误差补偿措施，或者采用新型的光学陀螺。惯性导航系统技术目前的热门主要集中在惯性敏感器件、系统精度、系统体积、可性、系统综合、系统校正等几个方面。关键在于修正、惯性元件误差模型的建立和实时补偿、捷联矩阵的更新等等。编辑：何世平