美国ANWSN-5型惯性导航系统
国外激光陀螺lasergyroscope的发展与应用
国外激光陀螺laser gyroscope的发展与应用来源：《国外惯性技术信息》2017年第4期，作者：国防科技大学张斌，罗晖，袁保伦，汪之国激光陀螺（RLG）是一种以萨格奈克（Sagnac）效应为基础的光学陀螺，主要用于运动载体的角运动（运动角速度或转动角度）测量。
1913年，法国科学家Sagnac进行了环形光路中外界转动引起干涉条纹变化的实验，并从理论上对此现象进行了解释，提出了著名的Sagnac效应：在环形闭合光路中，从某一观察点发出的一对光波沿相反方向运行一周后又回到该点时，这对光波的光程（或相位）将由于闭合光路相对于惯性空间的旋转而不同，其光程差（或相位差）与闭合光路的旋转角速度成正比。
在随后的很长一段时间里，由于没有合适的相干光源，光学Sagnac效应的研究基本上没有任何实用性进展。
直到1960年，世界上的第一台激光器诞生以后，激光陀螺作为激光技术的一个重要应用而成为世界各军事强国研究的热点。
1激光陀螺及其特点激光陀螺是由腔体（一般采用超低膨胀系数的微晶玻璃材料）和高质量反射镜构成的环形激光器，腔内运行的顺、逆时针激光能够以不同的频率独立振荡。
由于激光谐振条件的要求，Sagnac效应产生的光程差转换成了顺、逆时针运行激光的频率差，因此极大地提高了陀螺的响应灵敏度。
当激光陀螺固定在运动载体上，并相对于惯性空间以角速度Ω旋转时，该频率差为：，式中为标度因数，它由环形谐振腔的面积A、环路长度L以及激光波长λ决定。
激光陀螺的原理光路如图1所示，采用合光棱镜使其输出的顺、逆时针激光以微小夹角合并，经光电转换后可得到频率为∆v的拍频信号，从而实现载体转动角速度的测量。
图1 激光陀螺原理光路在实际的激光陀螺中，顺、逆时针激光通过反射镜的后向散射或环路中的非均匀损耗发生耦合，导致陀螺输入角速度小于某阈值时，频率差∆v为零，这种现象称为闭锁效应。
为了克服闭锁效应的影响，激光陀螺需要采取偏频措施，即在两束光波之间人为引入较大的频率差，使激光陀螺的工作区远离闭锁区域或者减少处于闭锁区域的时间。
惯性导航难懂？看懂只需这一篇！全面解读惯性导航系统与技术
惯性导航难懂？看懂只需这一篇！全面解读惯性导航系统与技术惯性导航系统（INS，Inertial Navigation System）是一种利用惯性敏感器件、基准方向及最初的位置信息来确定运载体在惯性空间中的位置、方向和速度的自主式导航系统，也简称为惯导。
惯性导航技术的发展历程第一代惯性导航技术指1930 年以前的惯性技术，奠定了整个惯性导航发展的基础。
牛顿三大定律成为惯性导航的理论。
第二代惯性技术开始于上世纪 40 年代火箭发展的初期，其研究内容从惯性仪表技术发展扩大到惯性导航系统的应用。
70 年代初期，第三代惯性技术发展阶段出现了一些新型陀螺、加速度计和相应的惯性导航系统，其研究目标是进一步提高INS 的性能，并通过多种技术途径来推广和应用惯性技术。
当前，惯性技术正处于第四代发展阶段，其目标是实现高精度、高可靠性、低成本、小型化、数字化、应用领域更加广泛的导航系统。
比如随着量子传感技术的迅速发展，在惯性导航技术中，利用原子磁共振特性构造的微小型核磁共振陀螺惯性测量装置具有高精度、小体积、纯固态、对加速度不敏感等优势，成为新一代陀螺仪的研究热点方向之一。
惯性导航的组成惯性导航包括惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，简称IMU）和计算单元两大部分。
通过IMU感知物体方向、姿态等变化信息，再经过各种转换、补偿计算得到更准确的信息。
比如检测物体的初始位置、初始朝向、初始姿态以及接下来每一刻朝向、角度的改变，然后把这些信息加一起不停地推，推算出物体现在的朝向和位置。
IMU主要由加速度计和陀螺仪组成，可实时检测物体的重心方向、俯仰角、偏航角等信息，如果还加上电子罗盘和气压计等传感器，那IMU的测量信息量与精度也相应地能得到一定的提高。
而计算单元则主要由姿态解算单元，积分单元和误差补偿单元这三部分组成。
惯性导航的工作原理惯性导航的目的是实现自主式导航，即不依赖外界信息，包括卫星信号、北极指引等。
概述：卫星导航的行业应用及其挑战
概述：卫星导航的行业应用及其挑战近来，基于GNSS（全球卫星导航系统Global Navigation Satellite System）系统的应用日益广泛，对于普通消费者而言，通常它们是以所谓PND（个人导航设备）、手机等独立的或包含GNSS/GPS子系统的消费电子产品而大量出现。
但随着技术的进步和应用创新，我们亦逐步看到一些高端的或具有特殊应用的系统已经将GPS/GNSS系统与其他INS系统（惯性导航系统）、WiFi无线网络系统、局域及广域增强系统（LBAS、GBAS、RTK）等结合使用以提供更精确的或有效的位置信息；或者在一些创新应用中结合无线通讯网络将位置信息实时回传到服务网络中枢，构成网络化的基于位置的服务应用（LBS）。
目前，四大全球卫星导航系统（美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗和欧洲的伽利略系统）已实现或接近实现提供全球完整服务的能力（至2022年5月）。
技术的演进也在向更高精度的PNT方向发展，以期应对商业市场对GNSS技术所提出的新的要求，包括汽车相关的智能网联ICV/CAV（Connected Autonomous Vehicle）、无人驾驶、5G相关的高精度时钟及其同步等。
当前，随着中国的北斗三代（2020年6月底已完成部署）及欧洲的伽利略按计划完成全球部署，加之GPS现代化的实现，天空中将出现超过400路GNSS的卫星信号同时提供服务。
通过地基及星基增强系统的补充，来自GNSS技术的更高精度授时基准和更高定位精度成为可能。
利用这一基础数据，一方面成为支撑低延时、高带宽未来广域通信网络的基本元素，另一方面亦使广域通信网络成为承载IOT、无人驾驶、大数据等创新应用的基础架构。
未来3~5年，GPS/GNSS的发展大致有下面几个特点：1.1卫星导航的应用趋势1.1.1PNT的泛在性：即更广泛的渗透于各类消费电子产品，包括智能手机、可穿戴设备、平板电脑、照相机、游戏机等1.1.2创新应用：根据欧空局2022年的全球GNSS市场报告（EUSPA EO and GNSS Market Report），未来10年GNSS相关的全球累积产值会达到3.86万亿欧元，而其中29.2%的份额来自汽车相关的”R OAD”应用，61%来自于”CONSUMER SOLUTION”的应用。
军用车载导航系统国外发展现状
军用车载导航系统发展现状一、国外发展概况军用车载定位定向系统是在航空、航海惯导系统的基础上发展起来的，距今己有几十年的发展历史。
20 世纪60 年代末，美国工程兵测绘研究所研制了第一台陆用惯性定位定向系统（Position and Azimuth Determination System，PADS）用于炮兵阵地联测，其定向精度为1 mil（RMS），水平位置精度为20 m（CEP），高程精度为10m（RMS）。
随后，英国Ferranti公司的FILS系列、美国Honeywell公司的GEO-SPIN 系列、法国Sagem 公司的ULISS30、俄罗斯的И21等陆用惯导系统相继问世[19-21]。
这一阶段的车载定位定向系统大多采用平台惯导，通过零速校正技术来抑制导航误差的累积趋势。
20世纪80年代，美国Honeywell公司研制出第一台激光陀螺捷联惯导系统：H-726方位位置系统（Modular Azimuth Position System, MAPS）[22]。
随后，美国、英国、德国、法国、加拿大等国的多家公司研制生产了多种型号的陆用捷联式导航系统，配备在自行榴弹炮、炮兵观察车、测地车、侦察车和机动导弹发射架上。
随着GPS系统的出现，后期的车载定位定向系统都具备SINS/GPS组合导航功能，这种组合形式具有精度高、可靠性好、成本低、适应性强、快速反应性能好的特点。
但是为了保证武器系统的自主导航能力，许多车载导航系统都可不依赖于GPS独立工作，通过里程仪（Odometer, OD）或测速仪（Velocity-Measuring System, VMS）辅助实现高精度定位定向。
法国Sagem公司的SIGMA 30系列产品采用激光捷联惯导系统，专为炮兵需求设计，满足绝大多数炮兵装备的需求，如榴弹炮发射车、火箭炮发射车和迫击炮发射车等。
在无GPS信息的条件下，SIGMA 30系列产品通过INS/VMS组合导航可以实现如表1-1所列的性能指标。
[doc]美军AN／PSC-5型便携式卫星通信终端简介
![[doc]美军AN／PSC-5型便携式卫星通信终端简介](https://img.taocdn.com/s3/m/f4e75f34182e453610661ed9ad51f01dc2815787.png)
美军AN／PSC-5型便携式卫星通信终端简介‘外军电信动态》2003年第5期美AN/PSC一5型便携式2墨通伤绵俞张海翔在外国电视媒体报道的伊拉克战争画面上,我们可以看到美军地面部队使用的一种便携式卫星通信终端.该终端就是AN/PSC一5型便携式卫星通信设备,它是一种新型通信设备,美军于2000年9月才开始装备部队.单信道战术卫星(SCTACSA T)是美军战斗网无线电(CNR)通信系统的一个重要组成部分,而AN/PSC一5型便携式卫星通信终端则是美军单信道战术卫星系统的地面部分设备.该终端是一种新型通信设备,美军于2000年9月才开始装备部队.海湾战争后,美陆军特种部队,测量部队,核爆炸观察部队和远距离侦察部队都提出,需要一种可以在复杂战术环境下为战术分队提供小容量话音通信的卫星战术通信系统.当时,美陆军和其他军兵种的特种部队为满足眼前急需,分别各寻门路,先后自行发展了几种单信道战术卫星终端.主要有AN/Psc一3,AN/PSC一7,AN/PSC一10和AN/VSC一7型.其中AN/PSC-3和AN/VSc_7采用同一种类的收/发信机,专为车载系统使用,而AN/PSC一7和AN/PSC一10则是两种主要结合了商用技术的终端.这些终端在总体上各有利弊.为充分利用有限的战术卫星通信资源,满足营以下战术分队的实际需要,并实现新的战术卫星通信系统与传统通信系统(如单信道地面与机载无线电系统(SINCGARS)),最大限度地互通.美参联会发布了第37号政策备忘录,指定由美陆军牵头负责AN/PSC一5(见图1)型单信道便携式卫星通信终端的研发.随后,美军与美国雷声公司签订了首批2部车载式和227部背负式的AN/PSC一5型的设备合同,并要求该公司在2000年9月交货.美军的订货要求图1AN/PSC-5型终端及卫墨通信天线提出,AN/PSC一5型设备要能根据战术需要按固定,车载或人员背负灵活配置,能满足美军各军兵种的不同需求.美军打算用AN/PSC一5型设备最终替换掉其他便携式战术卫星通信终端.目前,美各军兵种部队配备的AN/PSC一5型终端大约有5000部.AN/PSc-5型终端的主要特点1.选用了美军现有的多种空间装上加密设备后的AN/PSC一5型终端总重量不到12磅.在战场使用中,美军各部队一致反映该系统体积小,重量轻,便于携带.美军空降部队的伞降兵在着陆5分钟后便可利用该终端实现与本土指挥所的联系.2.该终端具有多种通信速率,与其他设备有较好的兼容性.AN/PSC一5型终端可按视距通信,卫星通信和按需分配多路存取(DAMA)~种方案选择通信速率.视距通信的速率为16kb/s;卫星通信的速率为1200b/s,2400b/s,9600b/s和16kb/s;按需分配多路存取的速率为:75b/s,300b/s,600b/s,1200b/s,2400b/s,4800b/s,9600b/s和16kb/s.AN/PSC一5型终端可使用的话音和数据加密设备包括KY一57/58,KG一84,KW一5(可以与KY99和KY99A兼容),其接口与KL一43C/F,AN/PSc一2A,数字文电设备组(DMDG)和SINCGARS所使用的接口及电缆设备通用.由于AN/PSC一5型终端可以用视距内方式和”简单转发方式”与SINcGARS实现互通,所以,投入使用后为美陆军,海军陆战队等地面部队已大量装备的SINcGARS提供了极其宝贵的视距通信.计划改进的主要内容AN/PSC一5型终端经美军各军兵种试用,一致反映设备的可靠性高.但战术分队在指出该终端能支持视距通信,架设,撤收都比较方便且易于操作使用的同时也提出了几项改进意见.主要包括:全球定位系统(GPS)应该嵌入该终端内,系统应改进话音识别并应具有寻呼和密钥空中重新分发功能,要能动中通并且可以用按需分配多路存取的方式寻由.本栏责任编辑:刘俊平战术卫星通信是未来美国地面部队作战的关键尽管在伊拉克战争中,地面网络发挥了作用,但是美陆军和海军陆战队都认为他们的视距通信不适于快速部署和分散作战.当部队在作战地域快速展开并超出其无线电覆盖范围时,通信罔络便会不畅,即使是像第4步兵师这样的数字化释取也会出现这样的问题.第4步兵师使用最先进的视臣电台,增强型定位报告系统(E—PLRS)以及其他基于EPLRS战术互联网主干的数字化系统.在伊拉克战争之前,第4步兵师也进行了多年的试验.当部队成群作战时,EPLRS电台工作良好,但当该师在伊拉克大部分地区展开时,便出现了问题.美国陆军通过为21世纪部队旅及旅以下战斗指挥(FBCB2)系统建立一个卫星接口解决了这个问题,初期是为了使用EPLRS并生成敌我双方作战平台的战场图像.当使用EPLRS系统时,该系统便被用于附近作战的低级战术部队间的通信.在伊拉克, FBCB2系统一直配备到连级作为蓝军跟踪系统使一44一用.卫星通信的作用已经得到了充分的证明.陆军目前面临的问题是该如何使用基于EPLRS的FBCB2.陆军不会放弃这种能力,因为该系统有其优点,其系统更新和数据交换速率几乎是瞬时的,但相比之下,通过卫星更新敌我军队图标的时间是5-7 分钟,并且发送报文只需要几秒钟.此外,每辆车上都配备视距电台,但一个连队只有几台蓝军跟踪系统,因而所有部队无法共享态势感知.陆军下一步开发一种可在视距电台与卫星间快速交换的混合能力.陆军还期望软件系统与其他能力能够交互.陆军正计划将卫星能力综合进下一代软件电台.战术卫星将是通往未来的必由之路.译自(Jane’sDEFENCE~gEKL Y)(2003年8月号)(贺玉寅李申)。
惯性导航的工作原理及惯性导航系统分类
惯性导航的工作原理及惯性导航系统分类
惯性导航系统(INS)是一种自主式的导航设备，能连续、实时地提供载体位置、姿态、速度等信息;特点是不依赖外界信息，不受气候条件和外部各种干扰因素。
惯性导航及控制系统最初主要为航空航天、地面及海上军事用户所应用，是现代国防系统的核心技术产品，被广泛应用于飞机、导弹、舰船、潜艇、坦克等国防领域。
随着成本的降低和需求的增长，惯性导航技术已扩展到大地测量、资源勘测、地球物理测量、海洋探测、铁路、隧道等商用领域，甚至在机器人、摄像机、儿童玩具中也被广泛应用。
不同领域使用惯性传感器的目的、方法大致相同，但对器件性能要求的侧重各不相同。
从精度方面来看，航天与航海领域对精度要求高，其连续工作时间也长;从系统寿命来看，卫星、空间站等航天器要求最高，因其发射升空后不可更换或维修;制导武器对系统寿命要求最短，但可能须要满足长时间战备的要求。
涉及到军事应用等领域，对可靠性要求较高。
惯性导航的工作原理
惯性导航系统是一种自主式的导航方法，它完全依靠载体上的设备自主地确定载体的航向、位置、姿态和速度等导航参数，而不需要借助外界任何的光、电、磁等信息。
惯性导航是一门涉及精密机械、计算机技术、微电子、光学、自动控制、材料等多种学科和领域的综合技术。
其基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度、角加速度，将它对时间进行一次积分，求得运动载体的速度、角速度，之后进行二次积分求得运动载体的位置信息，然后将其变换到导航坐标系，得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置信息等。
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惯性导航系统分类。
三种平台式惯性惯导系统介绍
5
指北方位惯导系统的主要问题
Байду номын сангаас
不适合于高纬度区域飞行，当载体在纬度 70~90度之间高纬度区域内飞行时，使平台 在方位上跟踪地球被的指令角速度随纬度 增大而急剧增大，这时要求陀螺力矩器接 受很大的指令电流，这对陀螺力矩器和平 台的工作都会造成很大的困难，因此指北 方位系统不适合作全球导航用；
6
自由方位惯导系统
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平台控制回路的性能指标（一）
闭环力矩刚度：干扰力矩与其所引起的平 台偏角之比。它表示平台系统抵抗干扰力 矩的能力。用S表示力矩刚度，则
式中：Md为干扰力矩； 为平台偏角。 S(0)表示平台抵抗常值干扰力矩的能力，通 常称为静态力矩刚度，静态力矩刚度一般 在108gcm/rad数量级；
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平台式惯导系统平台的模拟调平
平台的模拟调平工作由两个水平稳定回路 完成。导航计算机不参加此工作； 由北向加速度计和东向陀螺仪组成的水平 稳定回路，用来进行俯仰环的调平； 由东向加速度计和北向陀螺仪组成的水平 稳定回路，用来进行内横滚环的调平；
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模拟调平原理—俯仰环调平
当俯仰环偏离 水平面 时， 平台上的北向 加速度计Ay将 敏感到重力加 速度g在OYp 轴的投影：
AN/WSN-5和FIN3110对比
FIN3110
功耗:40W
设备尺寸(cm):19.5×21.6×29 重量(kg):12
AN/WSN-5
功耗:440W
设备尺寸(cm):43.9×53.3×117.6
重量(kg):172.7
捷联惯性导航系统的不足
1.惯性仪表直接固联在载体上，直接承受载 体的振动和冲击，工作环境恶劣； 2.惯性仪表特别是陀螺仪直接测量载体的角 运动，要求捷联陀螺有较大的施矩速度和 高性能的再平衡回路； 3.装机标定比较困难，从而要求捷联陀螺有 更高的性能； 4.计算量较大，要求高性能计算机支持；
惯性导航系统与全球卫星定位系统(GPS)解析
惯性导航系统（INS与全球卫星定位系统（GPS1摘要目前飞行器所使用的导航系统，能适应全天候、全球性应用的确实不多。
传统无线电导航,如塔康（TACAN等，在应用上存有很多的限制和不便之处。
而为改善此缺点,一套不需要其它外来的辅助装置，就可提供所有的导航资料，让飞行员参考的惯性导航系统（Inertial Navigation System，虽已被成功发展并广为应用,但其在系统上的微量位置误差会随飞行时间的平方成正比累积，因此长时间飞行会严重影响到导航精确度，如果没有适当的修正，位置误差在一个小时内会累积超过300米。
另一套精密的导航系统GPS ,其误差虽不会随时间改变,但GPS并非万能,有优点, 也有先天的缺陷，它在测量高机动目标时容易脱锁并且会受到外在环境及电磁干扰, 再者GPS短时间的相对误差量大于INS，若只依靠它来做导航或控制，会造成相反效果。
所以在导航系统设计上,常搭配惯性系统来使用，正巧GPS与INS有互补的作用,可经过一套运算法则，将两者优点保留,去除缺点,本文即针对两种导航系统特性进行探讨，并利用卡尔曼滤波器法则完成简易测量数据关系推导，设计一套“ GPS/INS&合式导航系统”。
2前言早期舰船航行常利用领航方法”来决定载体的位置及方向，观察陆地突出物，来引导船身驶向某处目标。
随着飞行器的问世，初期飞行也全凭借着飞行员对当时自我方向、距离、高度及速度的感觉来控制驾驶，执行起飞、落地及飞机转场等等动作。
这种控制载体由一个地方到另一个地方其间方向与距离指示的艺术，就称之为导航”（Navigation然而仅仅依循着人为的导航方式，在天气良好条件下或周遭存有许多明显参考目标物时，单纯凭目视来判断飞行并不困难；但如果遇上天气条件不佳、能见度差、参考目标不存在活不明显时，就得依靠飞行员的经验、技巧及运气来进行方位及位置的判别，这无形中会造成飞行员的压力，更会严重影响到飞行安全的诸多不确定因素。
惯导
惯导系统概述惯性导航系统的概念惯性导航系统（I NS，以下简称惯导）是利用惯性元件和惯性测量原理来测量飞机的飞行参数的一种导航系统。
惯导的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。
惯性导航系统的分类从结构上来说，以惯性导航系统中有无惯性平台为依据，可将惯性导航分成以下几种：平台式惯性导航系统——系统的主要特征就是具有由稳定回路隔离运载器使其不受运载器机动干扰的平台，在平台式系统中，由于平台不跟随运载器转动，陀螺的动态范围可以比较小，并且由于由稳定回路隔离运载器的机动干扰，也就易于保证系统的工作精度如图1。
图 1平台式惯导又可分为指北方位惯导系统、自由方位惯导系统和游动方位惯导系统。
指北方位惯导系统，主要指陀螺平台建立的理想平台坐标与地理坐标系完全重合的惯导系统。
这种系统平台台面在水平面内，且有一轴始终指向北方。
指北方位导航系统的特点：（1）由于平台是指北方位的水平平面，因此，它相当于一个高精度的全姿态传感器，可以直接提供俯仰、倾斜和航向信号，取代了用普通陀螺做成的姿态系统、航向系统、速率脱落传感器等。
（2）由于平台稳定在地理坐标系内，加速度计测出沿地理系两个轴的分力，用它们求解导航参数以及指令角速率方程比较简单，因而对计算机要求较低。
（3）系统的缺点是不能在高纬度区工作，这是因为飞机在高纬度地区飞行时，可能引起方位迅速变化，这样给陀螺力矩器的设计和平台稳定回路的设计带来较大的困难，另外计算机在计算方位指令速率时，当纬度接近90º时，计算机会溢出；此外，在极区进行起始对准也很困难。
上述因素限制了指北方位惯导系统的使用范围。
自由方位惯导系统，指陀螺平台保持在当地水平面内，其方位轴指向惯性空间的某一个方向，并保持稳定的惯导系统。
这样的平台系统上的方位陀螺将不施加控制信号，只能对控制平台保持在当地水平面内的陀螺施加控制指令。
舰艇惯性导航技术现状及发展趋势
精度潜力 （以漂 0.0001°/h 至 0.0005°/h ， 优于0.0001°/h。 2 移稳定性衡量） 甚至更高。 3 精度潜力比较 次高 美国发展到上述水平后 由于静电陀螺的成熟， 转而追求静电陀螺技 术。国内目前做到优于 0.001°/h， 尚有很大的上 升空间， “十二五”预计 达到上述水平。 次高 最高
捷联式
1
对惯性敏感器的动 态性能要求 对同等精度的惯性 敏感器性能水平发 挥程度的影响
最低 由于陀螺和加速度 计都处在小量程工 作状态， 所以能够发 挥最好的性能。 俄罗斯和我国装备 于核潜艇的静电陀 螺监控器 最复杂 通常五环以上 最大 最大 最高
2
陀螺、 加速度计都要 在大量程范围内工 作， 最不利于其性能 的发挥。 各国已装备或正在 研制的使用光学陀 螺的惯导， 也有用静 电陀螺做的惯导用 于中高精度场合
6 应用场合
美国90年代以前广泛应 用于潜艇和水面舰艇。 俄罗斯沿用至今。我国 所有现役舰船的惯导均 采用。
7 价格
高
284
中
国
造
船
研究简报
表1（续） 序 号 比较项目 液浮陀螺仪
舰艇惯导采用的陀螺仪比较 静电陀螺仪 激光陀螺仪 光纤陀螺仪
8 可靠性 9 环境适应潜力 10 动态误差 11 启动时间 12 生产难度 超精密加工组 13 装要求 14 民用工业基础 该时间差反映了旋转速率。
外辅助导航信息（无线电导航定位信息、天文导 航定位信息、重力信息、声学测量系统的位置速 度信息、地形辅助信息、地磁辅助信息等等）组 合导航技术、系统的物理环境设计技术（一方面 适应舰船的力学环境、热环境、电磁环境等，另 一方面为惯性敏感器营造充分发挥其性能的小环 境等）、可靠性、维修性、测试性、安全性、保 障性等“五性”设计技术等。 为了突出惯导的产品特色，抛开一些产品设 计的通用技术，从陀螺仪的选择和原理方案编排 两个角度对惯导进行分类。 1.1 应用不同陀螺仪的惯导 表 1 列出了已经装备或正在装备国内外海军 舰艇的惯性导航系统采用的各型陀螺仪，并对其 特点进行了比较。
美国惯性技术
一)研制背景与计划MK2mod7型舰船惯性导航系统由美国罗克韦尔国际公司(Rockwell International)研制，用以装备三叉戟弹道导弹核潜艇。
早在1958年，罗克韦尔国际公司就在N6A型舰船惯性导航系统基础上研制成功MK2mod0型舰船惯性导航系统，并于60年代初装备了携带A-1型北极星导弹的华盛顿级和拉菲特级弹道导弹核潜艇。
紧接着，罗克韦尔国际公司又研制了MK2modl型惯性导航系统，主要装备航空母舰，用以对航空母舰上的机载惯性导航系统提供初始基准。
1962年，美海军计划用射程为2500nmile的新的A-3型北极星导弹(比A-1型北极星导弹射程大一倍)装备弹道导弹核潜艇，因而要求惯性导航系统具有更高的定位精度。
为此，罗克韦尔国际公司研制了新的G7B型陀螺和新的计算机，构成MK2mod2型舰船惯性导航系统，并于1963-1964年装备了拉菲特级弹道导弹核潜艇。
此后，罗克韦尔国际公司在MK2mod2型舰船惯性导航系统结构基础上增加了一个监控陀螺，于1964年研制成功MK2mod3型舰船惯性导航系统。
由于采用监控技术之后，系统精度有了明显的提高，于是，美国海军于同年5月宣布，对核潜艇上装的惯性导航系统实行标准化，规定MK2mod3型惯性导航系统为标准系统，并由原来的每艘潜艇装三套惯性导航系统改为只装两套。
1968年，美国开始对31艘拉菲特级弹道导弹核潜艇进行改装，要求这些核潜艇装备具有分导式多弹头的C-3海神导弹。
为此，又对惯性导航系统提出了新的要求，特别是要求提高航向精度。
为适应这一要求，罗克韦尔国际公司在MK2mod3型系统的基础上，保持系统总体结构不变，只对系统软件作了改进，包括增加了一个纵轴扰动工作方式，给平台纵摇轴施加受控角速率，使其微微扰动。
如果陀螺输入轴与平台纵摇轴不对准，就会敏感扰动而产生绕平台横摇轴的进动，进动速率与不对准角度大小成正比，用此计算修正量对航向进行校准来提高航向精度。
美国AN／BQQ-5型综合声呐系统[最新]
![美国AN／BQQ-5型综合声呐系统[最新]](https://img.taocdn.com/s3/m/e5af31f4534de518964bcf84b9d528ea81c72fda.png)
美国AN／BQQ-5型综合声呐系统(一)研制背景与计划AN／BQQ-5型综合声呐系统是当代美海军最先进的攻击犁核潜艇声呐系统。
它的首制声呐系统是在总结AN／BQQ?2型声呐系统使用经验的基础上吸取了先进的数字技术而设计的。
从1972年初到1973年中期进行了研制和一系列试验。
1973年8月经海军批准生产，并于1974年装备在美海军S SN 688“洛杉矶”(Los Angeles)级攻击型核潜艇的首制艇上使用。
该级潜艇的首制艇系于1974年建成，1976年正式交给美海军服役。
该声呐系统主要承包商有国际商业机器公司(International Business Machines Corporation，简称IBM)、雷声公司(Raytheon Company)、古尔德公司(Gould lncorporation)和本迪克斯公司(Bendix Corporation)等。
其主要功用是为“鱼叉” (Harpoon)导弹、“沙布洛克” (SU BROC)反潜助推鱼雷和MK48线导鱼雷的发射提供水下目标定位数据，其次还承担水下目标的探测、跟踪、分类、识别、噪声测向、被动测距、侦察和水下通信等使命。
它是美海军第一部潜艇用数字化综合声呐系统。
该声呐系统从1974年开始逐步地取代早期装备使用的AN／BQQ-2型综合声呐系统。
除了SSN 594“大掺鱼”(Permit)级和SSN 637“鲟鱼”(Sturgeon)级在正式改装期间内装备外，所有SSN 688“洛杉矶”级和新建的SSN21“海狼”(Seawolf)级攻击型核潜艇都将装备这种声呐系统。
迄今，美海军对该声呐系统的需要量大约为120套，目前已交付100套。
91套装备潜艇，4套用作岸上训练，5套为工程样机。
(二)系统组成及性能AN／BQQ-5型综合声呐系统由9部配套的独立声呐组成。
其中有AN／BQS-13DNA主动声呐、AN／BQR-20噪声测向声呐、被动拖曳线列阵声呐、快速被动测距声呐、目标识别声呐、探雷与避障声呐、侦察声呐、通信声呐和回声测深声呐等。
卫星导航技术的发展史
卫星导航技术的发展史1.二战时期：在二战期间，美军开发了一种被称为“山姆”，即“卫星建模与地图测绘”系统，该系统使用由山姆卫星发射的信号进行导航和定位。
然而，由于当时技术限制，该系统并未实际应用。
2. 1960年代：美国决定启动一项名为“全球卫星导航系统”（Global Positioning System，简称GPS）的项目，旨在为军队提供准确而可靠的导航和定位服务。
该项目于1964年启动，并在1973年由美国国防部接管。
GPS系统最初使用24颗卫星，覆盖全球。
3.1978年：美国国家航空航天局（NASA）决定发射一颗名为“NAVSTAR-1”的卫星，作为GPS系统的首颗卫星。
这颗卫星于1978年发射，标志着GPS系统的正式启动。
4.1980年代：GPS系统的应用开始向民用领域拓展，并得到了广泛应用。
军队、航空公司、航海航行者等行业开始使用GPS系统进行导航和定位。
5.1990年代：为了提高GPS系统的精度和可靠性，美国国防部决定实施一项名为“千年计划”的现代化项目。
该项目的目标是提高GPS系统的性能，使其能够在全球范围内提供高精度的导航和定位服务。
该项目于1994年启动，使GPS系统的性能得到了显著改进。
6.2000年代：随着GPS系统的普及和应用范围的不断扩大，其他国家开始开发自己的卫星导航系统。
例如，欧洲开发了伽利略卫星导航系统，中国开发了北斗卫星导航系统。
这些系统的目标是提供独立且具有高精度的导航和定位服务。
7. 2024年代：随着技术的不断进步和相关应用的增多，卫星导航技术得到了进一步发展。
例如，增强型GPS系统（GPS增强系统，EGNOS）和增强型伽利略系统（Galileo Satellite Navigation System）等系统的出现，使导航和定位的精度和可靠性得到了进一步提高。
总之，卫星导航技术经过多年的发展，已经成为现代社会不可或缺的一部分。
随着技术的不断进步和相关应用的增多，卫星导航技术的未来发展前景令人充满期待。
惯性导航系统：导航不再非卫星不可-文档资料
惯性导航系统有什么缺点？ 其缺点是：1、由于导航信息经过积分而产生，定位误差随时间而增大，长 期精度差；2、每次使用之前需要较长的初始对准时间；3、设备的价格 较昂贵；4、不能给出时间信息。
惯性导航系统的工作原理是什么？ 惯性导航系统属于推算导航方式，即从一已知点的位置根据连续测得的运动 体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前 位置。惯性导航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系，使加速度计 的测量轴稳定在该坐标系中，并给出航向和姿态角；加速度计用来测量 运动体的加速度，经过对时间的一次积分得到速度，速度再经过对时间 的一次积分即可得到距离 有没有什么好的惯性导航书籍可供学习？ 1.《Strapdown inertial navigation technology》， David H. Titterton and John L. Weston, 惯导经典书籍。 2.《Applied Mathematics in Integrated Navigation Systems》， 详细的误差方程 推导，初始对准的方法也很有借鉴意义。 附有simulink的仿真。
惯性导航技术的特点是什么？ 不同于其他类型的导航系统，惯性导航系统是完全自主的，它既不向外部发 射信号，也不从外部接收信号。惯性导航系统必须精确地知道在导航起 始时运载体的位置，惯性测量值用来估算在启动之后所发生的，还有没有其它办法解决惯性导航长时 间工作的精度问题？ 组合导航可以解决这一问题。比如说ＧＰＳ与惯导组合，ＧＰＳ可以准确提 供飞机经、纬度和地速信息，而且它不随时间增加误差，由这些值同惯 导输出的相应值进行比较，并对惯导进行校正，消除惯导的积累误差， 使其达到接近ＧＰＳ的精度。而一旦ＧＰＳ失锁，失去信号时，可以依 靠惯导自主导航。此时，惯导的积累误差也仅仅是从ＧＰＳ失锁时算起 ，而不是通常的按起飞时算起，显然可以大大改善惯导精度。
AN-WSN
AN/WSN
美国海军舰载导航和制导专家正在继续努力为海军水面舰船和潜艇生产传统的AN / WSN-7 环形激光导航系统。
华盛顿海军系统司令部官员宣布，将与诺斯罗普·格鲁曼公司签订1090 万美元订单，促使该公司生产更多的AN/WSN-7 导航系统。
诺斯罗普·格鲁曼公司开启包括海军WSN-7 导航系统生产和相关供应事项的一年期权。
这种成套的环形激光陀螺惯性导航系统可感知舰船运动；计算舰船精确位置、速度、姿态和航向；并将数据转发给其他重要的舰船系统。
数十年来WSN-7 一直在海军服役，并被设计成海军舰船上的旋转陀螺导航设备的替代品。
该系统是一种更可靠的捷联式环形激光陀螺基产品，可替代老式WSN-2 导航系统。
美国惯性导航与制导技术的新发展
美国惯性导航与制导技术的新发展
祝彬;郑娟
【期刊名称】《中国航天》
【年(卷),期】2008(000)001
【摘要】惯性导航与制导技术虽然是一项军民两用技术，但由于它拥有明显的军用属性。
其发展一直受到军事需求的牵引，并作为一项特别敏感的军用技术受到美国国防部的高度重视和关注，由美国国防部发布并不断进行重新修订的《军用关键技术清单》、《发展中的科学技术清单》、《军用技术管制条例》等文件中都有单独的章节来对惯性导航与制导技术进行描述与阐释。
【总页数】3页(P43-45)
【作者】祝彬;郑娟
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】V4
【相关文献】
1.美国海军订购直升机惯性导航系统 [J],
2.美国毫米波精确制导技术 [J], 袁起;冯增祥
3.美国双模／多模复合制导技术 [J], 徐锦
4.Packet Cable--美国CATV数字业务的新发展 --美国CATV数字业务的新发展[J], 陈林
5.美国“净零能耗”建筑的新发展及启示——以美国教育类“净零能耗”建筑为例[J], 张彧; 任立; 唐献超
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美国惯性导航与制导技术新发展
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关键技术参数：
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装置， 此类装置也被称为星体跟 航与制导技术进行描述与阐释 ２０年、２０年公布的 、 ０６ ０７ 军用关健技 踪器或星光罗盘） ： 术清单 分别提出了 要发展的下一代惯性传感器以及十个类别系统、
装置和器件现阶段应当 达到的关键技术参数水平
任何陀螺一 星光跟踪装置通过
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传感器来说， 其角度随机游走值
纳机电系统 Ｎ Ｍ ）是指 （Ｅ Ｓ 尺寸在１１０ ０纳米、以机电结合 应该具备以一两个条件中的任何 下 为主要特征、 基于纳米级结构新 一个— 零偏稳定性小于等于 １ ｘ０ ３ｉ ０ 与或标度因数稳定性小 效应的器件和系统。从机电角度 来看， 可以把Ｈ Ｍ 技术看成是 ＥＳ 于等于１ ｍ ３ 如ｐ ； Ｍ Ｍ ）技术的发展。 ｂ在大 ９ 环 下、 于巧 的 境 在１ 微机电 （ Ｅ Ｓ ＥＳ 年的 周期内， 时间 相对于固 定的 但Ｍ Ｍ 的特征尺寸在微米量级， 其大多数特征实际上还是基于宏 标定值， 任何线性加速度计应该 同时具备以下两个条件— 零偏 观尺度下的物理基础， Ｅ Ｓ 而Ｈ Ｍ 稳定性小于等于５１ 。 ｘ 飞和标度 的特征尺寸达到了纳米数量级， ０ 显示出了 一些新的效应， 如尺度 因 稳定 小于 ２ ０ ｍ 数 性 等于 ５ ｐ ０ｐ １． Ｍ 线性加速度计 ０Ｍ Ｓ Ｅ 效应、 效应等， 表面 解释其机电 藕合特性需要应用和发展微观、 任何Ｍ Ｍ 线性加速度计都 ＥＳ 应达到以下参数标准： 介观物理。 也就是说， Ｅ Ｓ ＮＭ 的
全世界惯性导航技术谁最强？......远程轰炸中的导航技术发展3
全世界惯性导航技术谁最强？......远程轰炸中的导航技术发展3 客观地说，美国。
在之前的《明星悄然登场》里已经提到了惯性技术在二十世纪早期已经开始得到应用。
比如斯佩里公司旗下的瑞士工程师卡尔.诺顿后来自立门户，制造出了二战中著名的“诺顿”MK15轰炸瞄准具。
当然，斯佩里公司并没有因此而完蛋，它很快就找到了新的合作者，德雷帕（Charles Stark Draper）教授。
德雷帕帮斯佩里设计了MK14瞄准具，虽然没有MK15那么出名，但也卖了85000部。
V2使用的陀螺及其稳定环二战中，德国人尝试着首次把双自由度陀螺和积分陀螺加速度计构成的原始惯性导航平台用于V2导弹上。
但由于还是用的轴承支撑，摩擦力矩大，精度低；射程200公里级别的V2命中精度（CEP）仅为5000米。
不得不采用无线电横偏校正才把精度提升到800米。
在大洋彼岸的德雷帕来自MIT的仪表实验室，在他的领导下，仪表实验室迅速成为美国惯性技术的先驱。
德雷帕很清楚轴承支撑的陀螺仪精度已经没有提高的指望，开始着手研制更先进的液浮陀螺，并于1942年成功运用于海军的火力控制系统。
1945年战争结束，德雷帕进一步改进液浮陀螺并构思惯性导航平台。
1953年德雷帕说动军方，首次试验了机载惯导系统, 它的单自由度液浮轴承陀螺的漂移量约为12度/小时，虽然还不够好，但已经显示出足够远大的前景。
1953年，一架安装了德雷帕纯惯性导航设备的B29以10小时的飞行横贯美国大陆。
同年，德雷帕开始为美国空军设计“ 雷神” 中程弹道导弹的制导系统。
这是由单自由度液浮陀螺与液浮陀螺加速度计组成的惯导平台系统，改进后继续用于'大力神'II洲际弹道导弹。
基于液浮陀螺的高精度惯性导航设备由此成为仪表实验室（后更名为德雷帕实验室）的独门绝活。
平台式惯导也成为美国空军后续一系列洲际弹道导弹的标配。
直到1980年服役的MX洲际弹道导弹，其惯导也仍旧为液浮式平台。
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美国AN/WSN-5型惯性导航系统
(一)研制背景与计划
随着科学技术的飞速发展，舰载武器系统已发生了巨大变化。
为了充分发挥武器系统的效能，提高其命中概率，数量众多的大型水面舰艇急需装备惯性导航系统。
美国利顿公司顺应这种形势，在其AN ／WSN-2型平台罗经的基础上研制了AN／WSN-5型惯性导航系统，于70年代末进人生产阶段。
AN／WSN-5型舰船惯性导航系统是一种中等精度的系统，能连续提供速度、位置和姿态
信息，适合装备水面舰艇。
1981年，装备有"宙斯盾"、"战斧"等导弹系统的驱逐舰已装备了AN／WSN-5型舰船
惯性导航系统，后来又有多艘驱逐舰装备了该型系统。
由于AN／WSN-5型舰船惯性导航系统精度不及装备核潜艇的惯性导航系统精度高，因此，其造价比核潜艇载惯性导航系统的价格低得多，这样便解决了长期以来像驱逐舰一类的大型水面舰艇，因惯性导航系统价格昂贵而装不了惯性导航系统的问题。
(二)系统组成
AN／WSN-5型舰船惯性导航系统的结构与AN／WSN-2型平台罗经的结构基本相同，采用相同的单一机柜。
机柜上盖是控制面板，面板下面是电子控制装置，再往下的左边是同步发送装置，右边是电池组。
最低层是惯性测量装置。
电子控制装置包括：中心处理机、存储器、控制指示器、输入输出电路和检测设备，这些装置都以插件板形式装在机架上，可以从机架顶部、侧面和底部接触各插件板组件，装卸方便。
中心处理机为24位计算机。
必要时，可将AN／WSN-5的存储扩展到32kB。
输人输出电路在AN／WSN-5中除了有较多的数字通道外，还有两个模拟式速度通道。
检测设备可以把故障隔离到可拆卸的部件上，因此，便于维修。
同步发送装置有六个同步放大器，每个放大器可提供400mA的航向信号和100mA的姿态信号。
电池组采用大功率的密封式铅酸电池，在断电的情况下，可维持系统工作15min。
系统
配有蓄电池充电线路，能在全充电状态下继续工作。
惯性测量装置的主体P-500平台是利顿公司的第二代产品，于60年代研制成功，用于LTN-58等航空惯导系统。
70年代移用于航海AN／WSN-2型平台罗经。
用于航空的为四环结构，用于航海的为三环结构。
平台框架采用分段式铸铝结构，每环由四段组成，用螺钉和销钉连接。
框架上装2个G1二自由度液浮陀螺和二个A1液浮摆式加速度计。
这些部件都设计成可更换式，更换时，不需要重新对准或校准。
AN／WSN-5是比较完善的舰船惯性导航系统，有惯性导航和对准两种工作方式。
AN／WSN-5型惯性导航系统使用15状态的卡尔曼滤波器来提高
系统性能。
(三)主要技术性能
航向精度(') 5.65
水平精度(') 1.75
定位精度(nmile／h)1／6
平均无故障间隔时间(h)大于4000
平均故障修复时间(min)低于40
适应环境温度(℃) +4.5～+65
适应环境湿度(％) 0～95
要求的电源：三相115V400Hz
功耗(W) 440(额定值)
940(最高值)
设备尺寸(cm)43.9×53.3×117.6
重量(kg)172.7
(四)系统评价
AN／WSN-5是一种中等精度的惯性导航系统，自70年代末问世以来，在大型水面舰上装得较多。
其性能稳定可靠，能满足舰载武器系统战术指标的要求。
平台罗经
平台罗经是军用产品，它和大多数只能给出航向信息的陀螺罗经
有很大差别。
它除了能输出精确的航向信息外，还能提供精确的舰艇横摇和纵摇姿态信息。
用以稳定雷达、瞄准装置、火炮和导弹发射架。
与罗经不同的另一点是平台罗经必须能在各种军用环境下持续工作，并保持高的性能精度。
第一台平台罗经是40年代末由美国斯佩里公司研制成功的，军用型号为MKl9mod3，美国将其称为第一代平台罗经。
后来，又在其基础上改进发展了a、b、c和d四种型号，广泛装备在美国海军及其盟国的军用舰艇上。
到70年代，由于科学技术的飞速发展，现代海战的概念、舰艇设计和武器系统都有了
很大的改进，因而对平台罗经又提出了新的要求，其中包括：①减少操作人员；②要求总的寿命周期成本低，即不是片面要求售价低，而是要求设备在使用寿命期间内的总费用，包括售价、维修费用，对操作人员的技术要求、耗电等项总费用最低；③要求电子系统的体积减至最小；④要求可靠性高、可维修性好；⑤新出现的武器系统要求有更高精度的姿态信息。
为了顺应这种形势，国外在70年代研制出几型对国际市场有影响的系统，它们是：美国斯佩里公司的MK29型平台罗经、美国的利顿公司的AN／WSN-2型平台罗经、英国马可尼埃利奥特航空电子学系统公司的NCSl型平台罗经、西德利铁夫公司的PL-41／MK3型平台罗经、法国通用电气机械公司的MCV3型平台罗经。
上述大多数系统都是在本国海军的资助下研制的，因此，可能只
符合于具体国家的要求。
但是，上述系统都对外国海军增加了一些附加的功能，因而，它们能控制着国际市场的罗经部分。
与70年代以前研制的第一代平台罗经相比具有如下特点：①精度更高；②可靠性和可维修性更好；③平均故障间隔时间更长；④总的寿命周期成本更低；⑤尺寸更小、重量更轻；⑥大多数系统可转换为惯性导航系统。