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.     

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。     

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。     

2017年国外惯性技术发展与回顾

概述了国外惯性相关机构的发展变化,从环形激光陀螺（RLG）、光纤陀螺（FOG）、微机电（MEMS）陀螺和原子陀螺等角度详细介绍了近年来不同机构如美国诺格公司、霍尼韦尔公司、法国赛峰电子与防务公司、iXblue集团等的概况及其惯性仪表、系统的发展与应用。分析了全球定位系统（GPS）面临的严峻形势下,美国GPS的发展以及GPS拒止环境下部分项目的新进展。最后,对比了不同陀螺技术的发展和应用,总结了惯性技术的趋势。     

基于MEMS陀螺和加计的微惯性测量单元研制

微惯性测量单元具有成本低、体积小、功耗低和抗冲击等优点,可以应用在车辆稳定控制、平台稳定及导航控制系统中,具有广阔的市场应用前景.详细介绍了采用三轴MEMS陀螺和三轴MEMS加速度计研制的微惯性测量单元硬件设计,对信号进行预处理、陀螺漂移补偿、降噪等处理.所研制的低成本MIMU经过补偿后零位漂移保持在:X轴、Y轴、Z轴,可以应用到普通导航领域.     

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。     

MEMS陀螺阵列技术研究进展

MEMS陀螺仪体积小、功耗低的优点扩展了惯性器件的应用领域,对于制导武器的小型化具有重要的意义.但国内MEMS陀螺仪精度相对偏低、噪声大,这限制了它在高精度军事领域的应用.陀螺阵列可以利用冗余信息有效提高MEMS陀螺的精度,实现低精度陀螺的高精度应用,而不需要技术和工艺的突破.介绍了MEMS陀螺阵列的基本原理,总结了陀螺阵列近年来的研究进展.在此基础上,提出了陀螺阵列的4大关键技术:陀螺冗余系统配置,误差分析、建模与标定,故障诊断以及信息融合.最后,分析了陀螺阵列的发展特点以及研究重点,给出了MEMS陀螺阵列技术未来的发展思路.     

基于零速修正的行人导航关键技术及研究进展

在室内等卫星导航受限场景下，可采用MEMS惯性传感器对行人进行自主导航定位。采用MEMS惯性传感器的行人自主导航技术主要包括基于步长估计的行人航位推算和基于零速修正的行人导航算法两种方式。首先介绍了两种方式的基本原理，然后重点分析了零速修正的行人导航算法，阐述了相关的关键技术和研究进展。最后，对行人自主导航未来的发展趋势进行了展望，并指出了需要重点关注的技术难点。     

基于SiP的低成本微小型GNC系统技术

随着微机电系统(MEMS)技术及微惯性器件的发展,大量小型化、低成本、高性能的导航、制导与控制(GNC)产品正越来越多地应用于小型无人飞行器、地面无人系统以及精确制导弹药等领域.针对各类应用需求,基于MEMS惯性测量单元(IMU)、GNSS接收模块、全捷联红外/可见光/激光多模智能导引头、信息处理器(DSP)与数据链通信模块,采用SiP技术研制出GNC芯片.基于GNC芯片构建一体化微小型GNC系统,突破了基于SiP一体化微小型GNC系统集成、全捷联红外/可见光/激光多模智能感知、嵌入式深组合导航、全捷联多模智能导引头/导航/制导与控制一体化设计等关键技术,并对其性能进行了评估.微小型GNC系统技术为低成本小型无人系统和精确制导弹药的发展夯实技术基础.     

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。     

重力测量技术与惯性技术之间的关系

以加速度计为代表的惯性器件技术和以惯性稳定平台为代表的惯性系统技术,极大地推动了重力仪和重力梯度仪的发展。重力测量技术的不断进步,也有效支撑惯性导航系统性能的不断提升,并牵引了惯性技术研究的不断深入。国内惯性技术领域应将重力测量仪器研制作为一项长期而重要的主题,研制过程中应充分发掘现有技术潜力加快研制进度,并注重产品小型化和轻量化设计,推进重力/重力梯度测量技术协同发展,不断提高技术水平,拓展产品应用领域,推进惯性技术的可持续发展。     

基于惯性空间稳定的双轴惯导旋转调制方法

陀螺标度因数误差是影响长航时船用旋转调制惯导系统的关键误差源,其与地球自转和载体运动的耦合误差,可导致惯导系统误差发散。针对此问题,结合船用惯导使用特点,采用外航向、内俯仰的双轴旋转框架结构。在此基础上,提出了一种基于惯性系的双轴旋转惯导系统多位置转停调制方案,通过补偿地球自转和载体运动在双轴旋转惯导内外框架旋转轴上的投影分量,可显著降低陀螺标度因数误差对长航时导航精度的影响。数学仿真和船载试验结果表明,在载体航向角运动的场景下,该方法与传统的双轴旋转调制方案相比可有效抑制地球周期项振幅的增大,系统导航位置误差的发散也降低50%以上。     

一种基于适配器模式的惯导软件设计方法

随着软件任务的不断增多,传统的软件设计开发和维护模式已无法满足日益增长的任务要求,亟待进一步提高软件的复用程度。针对惯导系统软件接口设计,提出了一种基于适配器模式的惯导软件设计方法。该方法采用动多态适配器和静多态适配器技术,提高了软件开发效率,接口的定义灵活可靠,解决了软件开发过程中面临的可扩展性差、可重用性差、难于维护等问题。     

单轴旋转捷联惯导系统重力扰动补偿方法研究

随着惯性器件精度的提升以及系统级补偿技术的应用,惯性导航系统精度得到不断提升。原先忽略的一些误差源如重力扰动,成为制约惯导精度进一步提升的关键。针对该问题,研究了单轴旋转捷联惯导系统重力扰动补偿,补偿所需重力扰动信息通过德国波尔茨坦GFZ研制的EIGEN-6C4计算得到。仿真结果表明,经重力扰动补偿后,单轴旋转捷联惯导系统精度有显著提升。     

一种测试星敏感器空间指向的方法

星敏感器作为高精度姿态测量单机,为高精度姿态控制提供前提保障。确保星敏感器空间指向正确性对姿控系统至关重要。基于此提出了一种在外场观星试验中,通过测试星敏感器地方时惯性指向来确认空间指向的方法,该方法结合格林尼治恒星时概念,通过地心赤道惯性坐标系与当地地理系之间的转换关系进行算法设计,是验证选用的星敏感器空间指向正确与否的重要手段。     

极区航海用惯性导航系统综述

目前,航海用惯性导航系统普遍采用常规的当地水平固定指北机械编排,不适合极区工作,为了满足航海导航的需要,研究了极区惯性导航技术。给出了常规机械编排在极区导航中面临的主要问题,阐述了国内外极区惯性导航系统的发展与现状,分别介绍了自由方位、游移方位、格网及横坐标惯性导航系统的机械编排,并分析了它们存在的问题,最后简要给出了未来极区导航技术研究的发展方向。     

基于PDR和磁场匹配的智能手机室内定位

目前，基于磁场的室内定位方法存在指纹采集无法快速建库的问题，导致匹配特征较少、无法快速进行匹配操作和航向角估计精度低。基于磁场梯度的快速近似，使用高斯牛顿迭代方法结合通过PDR测量的轨迹进行磁场轮廓匹配定位，提高了单点磁场指纹的可分辨性。基于步态模型的更新用作测量信息以改善C-INS的导航性能，提出了一种基于捷联惯性导航系统的行人航位推算算法。基于MFS参考位置，使用扩展Kalman滤波器控制PDR惯性导航的位置漂移误差，进一步提高了轨迹轮廓的精度。测试结果表明，该算法可以获得更好的位置估计和航向估计结果。     

原子干涉陀螺仪精密测量及应用

由于原子干涉陀螺仪具有灵敏度高和长期稳定性好等特点,在惯性导航、精密测量、测地学等领域有着重要的应用前景,因此,研制高精度原子干涉陀螺仪具有重要的科学意义和应用价值,已成为当今研究的热点课题之一。首先综述了国内外原子干涉陀螺仪的研究进展和发展趋势。然后分析了广义相对论检验和惯性导航应用对原子干涉陀螺仪的需求,介绍了10余年来在原子干涉仪、萨格纳克效应和原子干涉陀螺仪方面取得的研究成果。最后讨论了原子干涉陀螺仪的优缺点,并展望了原子干涉陀螺仪的发展机遇及其在精密测量和惯性导航领域面临的挑战。     

车载惯性定位标定的理论推导及误差分析

为了解决车载惯性定位系统误差常用的起点纬度标定计算法在安装偏差角90°附近时误差较大已不适用的问题，以及充实车载惯性定位系统标定计算的理论，首先进行了车载惯性定位系统误差标定计算的推导，证明了误差的可标定性。借鉴等角航线反解理论，得到车载惯性定位系统标定理论依据。参考中分纬度理论，推导出使用平均纬度进行简化计算的航程及航向角误差公式，将其引入惯性定位系统标定计算，提出了一种使用平均纬度代替起点纬度进行标定计算的方法，并对两种标定计算方法的误差进行了公式推导及仿真分析。仿真结果表明，使用平均纬度进行标定计算的误差明显小于使用起点纬度，在安装偏差角较大时，使用平均纬度进行标定计算可使标定计算误差降低90%。证明了提出的标定计算方法在南北纬55°、行程不超过90km时可用，高纬度、更长行程下可参照文中公式进行误差估计。