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。     

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。     

惯导平台系统研究进展与发展趋势思考

现代军事应用中,远程导弹武器主要功能是精确打击关键军事目标,制导精度成为其首要性能指标。当前,国内外远程武器采用的主流惯性器件为惯导平台系统,平台框架在发射前可控制台体旋转实现自对准、自标定等功能。在导弹飞行过程中,平台控制台体稳定于惯性空间,通过隔离角运动提高惯性仪表使用精度,因而成为远程制导系统的首选惯性器件。我国惯导平台系统技术从20世纪60年代起步至今,先后经历了滚珠轴承平台、气浮陀螺平台、动调陀螺平台、静压液浮平台以及三浮平台系统的发展历程。目前,在研新型远程导弹制导系统主要采用基于三浮陀螺及陀螺加速度计的三浮平台系统,其关键技术包括亚微米精度特种材料加工与装配技术、抗高过载环境高可靠三浮惯性仪表技术、惯性/天文复合制导技术以及惯导平台自对准与自标定技术。近年来,以光学陀螺、半球谐振陀螺等为代表的新型惯性仪表的工程应用精度逐步提升。以平台稳定控制技术为基础,构建基于新型固态陀螺的惯导平台体系架构,将会推动我国远程武器性能跨越式发展。通过分析光纤陀螺、半球谐振陀螺等新型惯性仪表的技术优势以及新一代制导系统小型化、数字化、智能化等性能需求,对我国远程制导用惯导平台技术发展提出了几点建议。     

惯性级光纤陀螺的研制

利顿公司目前正在生产性能的１°／ｈ的光纤陀螺和以这种陀螺为基础的测量装置。光纤技术的下一个产品应用对象是用在惯性导航系统中的陀螺。这些惯性级陀螺的性能要求为０．００３°／ｈ，保证０．８ｎｍｉ／ｈ的惯性导航系统误差。     

2020年国外惯性技术发展与回顾

通过对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、PLANS会议和DGON ISS会议等惯性技术相关会议文献,以及惯性技术相关机构发布的一些动态信息进行梳理,总结分析了惯性技术领域的最新发展动态,并重点介绍了光学陀螺、微机电(MEMS)陀螺和加速度计等惯性器件的发展现状,以及美国为增强定位、导航与授时(PNT)能力采取的一系列举措和惯性相关组织机构的发展变化,最后对惯性技术领域的发展动向进行了分析和展望.     

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。     

光纤陀螺正在向激光陀螺挑战

本文从光纤陀螺正在向激光陀螺挑战的观点出发，概要叙述光纤陀螺与激光陀螺的比较，以及美国两家主要的军用和民用激光陀螺供应商Ｌｉｔｔｏｎ工业公司和Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ公司目前已成为研制与生产光纤陀螺的领先公司。     

激光陀螺捷联惯导系统旋转调制技术综述

激光陀螺旋转调制技术是一种系统级误差自补偿技术，能够有效调制陀螺和加速度计的误差，提高导航系统的精度。首先分析了旋转调制型捷联惯导系统的基本原理和类型，然后从转位方案的编排、惯性测量单元旋转速度和转停时间的选取、旋转机构的导航解算、旋转机构的误差分析、载体角运动隔离等多方面，对激光陀螺旋转调制技术进行了综述，并探讨了我国旋转调制技术的重点研究方向，提出了合理的建议。     

应用在滚动框架导弹上的自由陀螺红外传感器

滚动框架导弹（RAM）为美国和德国海军提供了快速反应、攻击力强的武器，用于防御反舰导弹（ASM）譬如：Exocet和SSN-22。RAM由被动射频（RF）和红外（IR）传感器组成，能跟踪和反击辐射和非辐射威胁。RAM导弹的快速反应与“打过就忘”的特征相结合就能保护舰不受ASM的密集袭击。在单个或多个威胁下反击仿真和实时ASM时，RAM具有很高的精确度和很强的可靠性。RAM有几个独特的设计特征。RAM将一个在飞行中静态控制的滚动框架和由单个控制面和一个闭合回路自动驾驶仪得到的机动性结合在一起。一个装有射频干扰仪的弹体只有两个前向天线，在滚动周期内得到目标信息的两个平面。把红外传感器装到一个自由陀螺寻的器上，此自由陀螺寻的器同时也作为弹体解耦的惯性参考。这个红外传感器有一个80元线阵，此线阵利用自由陀螺自旋和导弹滚动产生出一个精确惯性参考的红外图像。在不同海上环境下，此红外传感器进行实时捕获和识别目标。本文主要讲述红外传感器。     

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。     

2016年国外惯性技术发展与回顾

以惯性技术研究与应用为主线,回顾了2016年国际惯性技术发展历程和现状,概括了惯性仪表、惯性系统当前的研究现状及应用,展望了惯性技术的未来发展.     

金属壳固体波动陀螺信号提取方法研究

金属壳固体波动陀螺是利用驻波的进动特性来敏感输入角速率的一种新型 壳体振动陀螺,具有结构简单、功耗低、抗冲击性强、稳定性高等优点,可广泛应用于 中低精度角速度测量领域。针对金属壳固体波动陀螺信号提取方法进行研究,在分析其 工作原理和基本数学模型的基础上, 提出利用四回路控制方法, 进行角速度解算。首 先,通过激励电极和反馈电极对振子振动特性进行控制;其次,通过阻尼电极和检测电 极抑制振子振型偏移;最后,根据阻尼控制力解算出输入角速度。通过仿真计算,给出 了角速度解算结果,验证了该方法的有效性。     

陀螺动力学系统计算机仿真

 推导出了适于计算机仿真的陀螺完整运动方程式并给出了仿真曲线,可看出在外力矩作用下陀螺仪从起动到稳定这一段时间内的转动角速度和转角的变化规律。通过降低陀螺转速并减小外力矩,使无锁紧机构的陀螺仪消除起动时的剧烈抖动而达到平稳起动的目的。     

微玻璃半球壳体谐振子的设计、制备与表征

近年来美国国防高级研究计划局大力推进三维壳体谐振陀螺(尤其是高性能半球谐振陀螺)的微型化,以实现惯导级性能的微机械振动陀螺。提出发泡法制备直径小于1cm的微壳体谐振子,利用发泡剂在高温下释放气体,使软化后的玻璃在气压差和表面张力的作用下形成三维轴对称壳体。大气环境下多普勒测振仪的测试结果表明,利用发泡法制备的微壳体谐振子的酒杯二阶模态的谐振频率为11kHz,频率分裂值为72Hz,相对裂解值为0.65%,相应的品质因子Q值约为970和1127。发泡法有望提供一种低成本、高性能微壳体谐振子的制备方法。     

陀螺仪性能参数表征与评定

陀螺仪性能参数表征与评定是从事惯性技术产品设计与应用的人们十分关注的话题之一，本文从陀螺仪定义、分类、功能、应用的角度出发，对其性能参数的表征与评定给以论述与分析。     

陀螺输出信号的超高速处理

采用硬件描述语言VHDL设计了专用于方向余弦阵计算的集成电路,可用于对激光陀螺或挠性陀螺输出的脉冲信号或脉宽调制信号进行方向余弦阵计算。输入脉冲频率最高可达1 MHz;分辨力为1.57＂时,最大角速率可达400(°)/s。方向余弦阵的元素采用64位有符号定点数表示,计算精度达1.08×10-19。硬件结构采用64位宽度的循环移位链,核心计算单元由46个8位加法器构成3级流水线并行处理。     

激光捷联惯性/卫星组合导航系统基本原理及应用情况

激光捷联惯性/卫星组合导航系统是国外飞机上普遍采用的一种导航设备,但在国内飞机上的应用则刚刚起步。本文简要介绍了激光捷联惯性/卫星组合导航系统的基本原理及应用情况。     

有缺陷圆柱壳振型进动的研究

 谐振陀螺是一种不存在高速转子和活动支承的新型陀螺仪。其敏感部件是一个轴对称壳谐振子,圆柱壳便是其中一种。本文建立了圆柱壳在旋转情况下的动力学方程。研究了有缺陷的圆柱壳谐振子振型的进动情况;分析了其环向振型进动因子的相对扰动和绝对扰动;给出了圆柱壳谐振子环向缺陷对其振型进动特性的影响规律及实际加工,选择谐振子的准则。这些对于设计谐振陀螺有指导意义。     

旋转调制式激光惯性测量单元的误差标定研究

本文针对旋转调制式激光惯性测量单元的结构特点,分析了其误差特性,提出了单元体自旋转的误差标定方法,实现了惯性测量单元的误差分离与快速精确标定.实验证明该方法测试方法简单,操作过程容易,标定结果满足系统精度的需要.     

MEMS惯性器件及系统发展研究综述

将MEMS惯性系统分为ISA、IMU和INS三级，分别介绍了国内外的研究概况，并对MEMS INS的发展趋势进行了讨论，供广大惯性导航研究人员参考。