2022年国外惯性技术发展与回顾

惯性技术广泛应用于海、陆、空、天各种载体的导航、定位与控制。通过对2022年的IEEE惯性传感器与系统会议、DGON惯性传感器系统会议、MEMS国际会议和圣彼得堡组合导航会议等惯性技术相关会议文献以及惯性技术领域相关机构披露的动态信息进行的详细梳理,总结了光学陀螺、微机电(MEMS)陀螺、半球谐振陀螺(HRG)、加速度计以及新兴的量子惯性传感器等惯性仪表及惯性导航系统(INS)的发展现状,并对惯性技术领域的发展趋势进行了分析与展望。当前,惯性技术领域相关研究主要侧重于小型化、提高精度和降低成本等方面。其中,光学陀螺较为成熟,更为侧重于小型化相关研究;微机电陀螺正在致力于向导航级性能突破和发展;半球谐振陀螺主要着力于探索降低高端产品的制造成本。     

一种新颖的无陀螺捷联惯性测量系统方案

惯性界普遍都在寻找低成本的惯性导航方案，由加速度计组成的（无陀螺）惯性系统便是方案之一。本文介绍了用加速度计测量角速度的基本原理，对以微机械加速度计实现陀螺原理的方案的误差进行了分析，并提出了一种新颖的无陀螺捷联惯性测量系统方案。     

惯性传感器技术的发展趋势

本文概括叙述了惯性传感器技术，描述了在目前工业上的应用和它在近期及远期应用的前景。惯性传感器技术发展的趋势也在此得到详细阐述，即干涉型光纤陀螺，微机械陀螺和加速度计，还有微型光学传感器。微机械传感器和改进后的光纤陀螺预计在不远的将来会替代许多现行系统中采用的环形激光陀螺或者机械传感器。新技术成功的引进主要是由成本原因所驱使的，采用这些新技术的系统的成本项目也在此陈述。利用全球定位系统（GPS）辅助的惯性导航系统已使导航应用的领域面更扩大化，例如制导炸弹。这些新的应用场合将促使具有极其低廉价格、可批量生产的传感器的开发。     

2021年国外惯性技术发展与回顾

对2021年IEEE惯性传感器与系统会议、MEMS国际会议、圣彼得堡组合导航会议等惯 性技术相关会议文献,以及惯性技术领域相关机构披露的动态信息进行详细梳理。总结了光学陀 螺、微机电(MEMS)陀螺、半球谐振陀螺(HRG)、原子陀螺和加速度计等惯性仪表及惯性系统的发 展现状,并对惯性技术领域的发展动向进行了剖析与展望。     

2019年国外惯性技术发展与回顾

2019年，在IEEE惯性传感器与系统会议、MEMS国际会议、圣彼得堡组合导航会议、欧洲导航会议、美国导航学会的GNSS等会议上，国外惯性技术相关组织与机构纷纷报道其研究成果。结合惯性会议和相关研究机构披露的信息，梳理了惯性技术领域的最新发展动态，重点介绍了光学陀螺、微机电（MEMS）陀螺、半球谐振陀螺（HRG)、原子陀螺以及加速度计等惯性仪表及惯性系统的发展现状，并对惯性技术领域的发展动向进行了分析和展望。     

三轴激光陀螺惯性敏感组件

用整体式的三轴ＰＩＸＹＺ代替三个单轴激光陀螺构成的惯性导航系统有很多优点。与传统的结构相比，ＰＩＸＹＺ惯性灵敏组件存在固有的对称性和平衡性。数据处理过程被简化，高频振动补偿更简单，圆锥运动更低，需使用的计算机频率较低，挠曲的影响也可以被修正过来。     

惯性自动测试技术发展需求及对策研讨

简要介绍了惯性自动测试技术的国内发展现状,具体论述了惯性仪表中速率陀螺性能的自动测试技术的发展及惯性自动测试技术在其它方面的发展需求及对策研讨。     

旋转调制式惯性平台的圆锥运动误差

转调制式空间稳定平台采用陀螺壳体翻滚技术,陀螺壳体翻滚在平台伺服跟踪作用下将形成圆锥运动。圆锥运动误差会引起陀螺漂移,对高精度、长航时惯性导航系统的精度将造成严重影响。首先,介绍了高精度、长航时旋转调制式惯性平台的基本工作原理,推导了平台上的陀螺沿旋转主轴相对地球的角速度。其次,阐述了陀螺壳体翻滚的圆锥运动,推导了壳体翻滚装置和框架伺服系统的跟踪误差及牵连运动角速度引起的圆锥运动附加漂移误差公式。再次,根据数值举例给出了计算机仿真曲线,指出该误差对高精度系统的危害。最后,得出结论：为了实现圆锥运动误差极小化,确保系统长时间运行精度和可靠性,必须实时扣除牵连运动角速度引起的圆锥运动误差分量,并优化设计壳体翻滚装置与平台伺服系统。     

高精度光纤陀螺发展现状及对策

Draper试验室的Barbour和Schmidt对2000~2020惯性器件发展的预测图自发表以来引起了惯性领域的广泛关注并被大量引用。通过对国内外光纤陀螺发展现状的分析发现,该图比较准确地预测到了2000~2010年光纤陀螺的发展,但是对2020年光纤陀螺发展的预测则过于乐观,存在一定的偏差,其主要原因是对解决多物理场作用下陀螺精度保持问题的困难估计不足。     

低成本小型光纤陀螺惯性测量单元设计与实现

针对军用及民用惯性技术对光纤陀螺及其惯性组合低成本、轻小型化的需求,以三轴一体光纤陀螺和石英挠性加速度计为惯性敏感元件,设计并实现了光纤陀螺捷联式惯性测量单元。系统采用DSP+FPGA双微处理器结构实现数据高效采集、处理及输出。重点设计了三轴一体光纤陀螺组件、加速度计小型化数据采集电路、双微处理器设计等硬件结构及软件算法。样机测试结果表明：系统在动静态测量精度、体积、重量、实时性等方面达到了预期的设计目标。     

航空惯性技术的现状及发展

航空惯性技术在我国已取得较大进展。本文介绍了我国航空惯性技术的现状,指出了未来航空惯性技术的发展方向。     

激光陀螺惯性导航系统旋转技术综述

旋转技术能够有效调制激光陀螺和加速度计的误差,提高惯性导航系统的精度。首先基于惯性测量单元的误差模型,分析了旋转技术的基本原理。然后对旋转技术的旋转方案、最优转动速率、旋转机构误差对系统精度的影响、载体角运动对旋转效果的影响、采用旋转技术的惯导解算、采用旋转技术的初始对准与测漂等进行了综述,探讨了我国研究旋转技术的重点研究方向,为开展我国旋转式光学陀螺惯导系统的研究提供了一定参考。     

半球谐振陀螺惯性系统设计探讨

研究了速率积分半球谐振陀螺及其惯性系统的技术特点和应用,并与光学陀螺惯性系统进行了比较。介绍了半球谐振陀螺短期断电工作和小体积低功耗的特点,探讨了自校准技术,并分析了环境适应性设计和对配套部件的要求,为半球谐振陀螺惯性系统工程化设计提供了开放性观点。     

光纤陀螺惯性导航系统

光纤陀螺目前正在替代激光陀螺用于导弹的惯性导航系统、不久将向军用和民用飞机中的激光陀螺发起挑战。利顿公司的采用光纤陀螺的LN-200惯性基准系统现已得到在40多个项目中应用的合同,包括飞机、无人机和航天器。LN-200采用3个光纤陀螺和3个采用微机械加工制     

用于军事系统的GPS／INS技术发展趋势

本文重点探讨的是军用平台与武器上的惯性敏感器、ＧＰＳ精度和考虑干扰问题的组合ＧＰＳ／ＩＮＳ系统及在未来可形成１ｍ精度的全球导航系统的技术发展趋势。对于惯性敏感器,将介绍适用于军用系统的、决定发展方向的敏感器技术,它们是：光纤陀螺、硅微机械陀螺、谐振梁和加速度计及硅微机械加速度。本文钭对未来几十年内用于军事领域内的惯性仪表及惯性系统作一展望。将描述标定的ＧＰＳ及观测精度,以及各个阶段的ＷＡＧＥ方法、     

563B、563C惯性导航系统设计定型

563B、563C惯性导航系统设计定型审查会于今年3月底在研制单位飞行自动控制研究所隆重召开。 来自国防科工委、空军、海军、中国航空工业总公司及有关厂、所、院校的领导、专家、教授等50余人 参加了会议,国防科工委主任、中国惯性技术学会理事长丁衡高为会议发来了贺电。 563B、563C惯性导航系统是我国首次设计定型的航空机载惯性导航系统,它是飞行自动控制研究所 及其相关单位坚持独立自主、自力更生的精神,发扬大力协同、无私奉献的优良传统,经前后二十年奋 力拼搏所取得的丰硕成果。该产品的研制成功,打破了西方国家对航空惯性军事装备的垄断、控制和禁     

半球谐振陀螺在平台惯性系统中的应用研究

半球谐振陀螺作为新型振动陀螺, 具有长寿命、长稳定期、高精度等优 点,能显著提高惯性系统的性能。讨论了半球谐振陀螺的特点,分析了其误差模型,研 究了半球谐振陀螺在平台惯性系统的应用技术和方法,重点介绍了基于半球谐振陀螺的 平台稳定回路、框架归零回路和调平锁定回路设计,并通过试验样机进行了试验验证。     

低成本惯性器件与卫星导航组合新方法

用卫星导航辅助惯性导航的经典方法是从其它的无线电导航慢速校正惯性导航系统的基本概念发展起来的。同时,当算法中的计算结果有一些重要限制条件时,这种开发研究才有成效。当时所考虑的惯性器件主要是高精度类型的。     

捷联惯性导航系统动静态误差特性分析研究

捷联惯性导航系统动静态误差特性是基于惯性的组合导航系统的主要误差来源。为此,根据捷联惯性导航系统的误差状态方程,本文分析了不同动静态情况下的捷联惯导系统的误差漂移特性。针对静基座和动基座的不同特点,分别采用了特征根和基于数值仿真分析的方法,并建立了相应的误差特性分析模型。重点研究了陀螺常值漂移、加速度计零位偏置和随机性误差对惯性导航系统误差漂移特性的影响;全面分析验证了惯性导航系统的动静态误差特性。本文的研究工作将为惯性组合导航系统误差分析建模提供了有益的参考。     

原子干涉技术在惯性领域中的应用

惯性技术因其强自主性、不依赖外界信号、适应全天候等特性在导航领域备受关注,为了提升惯性导航的精度,数十年来人们在如何提高惯性传感器性能方面进行了大量的攻关工作并研制出了多种基于不同原理的惯性传感器。得益于量子效应,原子传感器能在诸如时间、加速度、转动、磁场等领域提供比现有技术更高的测量灵敏度、精度和速度。通过研制基于原子干涉技术的高精度原子惯性器件,实现重力/重力梯度数据实时补偿匹配的量子导航将是新一代高精准军用惯性导航的首选。本文简要介绍了以物质波干涉为基础的原子干涉惯性器件的原理,回顾了以原子重力仪、原子干涉陀螺为主的技术发展历程及现状,并结合我国目前在该领域的发展态势,表达了对我国原子惯性设备实装应用的迫切性。