惯性导航技术

惯性导航技术

[定义]

导航是引导载体到达预定目的地的过程。根据所采取的技术途径，导航分为无线电导航、天文导航、卫星导航及惯性导航。惯性导航技术则是利用惯性测量元件测量载体相对于惯性空间的运动参数，然后在给定的初始条件下推算出导航参数，引导载体到达目的地的技术。

惯性导航技术的理论基础是牛顿力学基本定律。惯性导航系统的核心是惯性测量元件--陀螺和加速度计。惯性导航系统分成平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统两大类。平台式惯性导航系统将惯性测量元件安装在惯性平台上，惯性平台稳定在预定的坐标系内，为加速度计提供一个测量基准，并使惯性测量元件不受载体角运动的影响。导航计算机根据加速度计的输出和初始条件进行导航解算，得出载体的位置、速度等导航参数。捷联式惯性导航系统将惯性测量元件直接固联在载体上，测量沿载体坐标系的角速度和角加速度，计算机则利用陀螺的输出，进行坐标变换，求解载体的即时速度、位置等导航参数。

惯性导航仅依靠惯性装置本身就能在载体内部独立地完成导航任务，不需要与外界发生任何信号联系，具有高度的自主性。这在战略和战术应用上具有重要的意义。但惯性导航的定位误差会随时间逐步增加，必须不断地进行误差修正，才能保证达到要求的精度。

[相关技术]惯性技术；导航技术

[技术难点]

1、高精度激光陀螺技术；

2、高精度集成光学光纤陀螺技术；

3、微型固态惯性器件技术；

4、捷联初始对准技术；

5、惯性器件误差模型建立与标定；

6、现代控制算法；

7、误差控制与补偿技术；

8、综合导航技术。

[国外概况]

武器系统的发展和需求，促进了惯性技术的发展。二次大战后，机电陀螺技术发展迅速，液浮陀螺、静电陀螺和动力调谐陀螺先后成熟，被广泛用于惯性导航系统。60年代以来，随着激光的出现，激光陀螺和光纤陀螺问世，并以其优良的性能受到关注，迅速进入惯性导航领域。光电技术和微机电技术的发展，促成了半球谐振陀螺、石英音叉陀螺等新型陀螺和微机械加速度计的出现和发展。惯性测量元件的发展，为惯性导航装置和技术的发展奠定了良好的基础。

惯性导航装置最先用于飞机。50年代初就已经演示了机载惯性导航系统。作为商业飞机和大多数军用航空器的惯性导航装置，要求固有位置误差的变化范围在～2 n mile/h（海里/小时），速度误差为2～4m/s（米/秒）。70年代初，以机电陀螺为基础的机载惯性导航装置，已经达到了这些性能指标，可以满足军用和民用飞机的基本导航要求，但由于可靠性不高，因此飞机导航仍主要以无线电导航为基础。此后，机载惯性导航装置的发展目标是，提高可靠性，减少体积、重量和成本，降低维修费，从而减少寿命周期成本。这些要求则反过来推动了惯性测量器件，特别是光电惯性器件的发展。80年代。可靠性高、尺寸小、机械结构简单的激光陀螺成熟，并迅速应用在机载惯性导航装置中，一大批以激光陀螺为基础的惯性导航装置问世，并装备在军用和民用飞机上。激光陀螺正逐步在机载惯性导航领域占据主导地位。90年代，光纤陀螺成熟，并进入机载惯性导航领域。而GPS导航技术的发展以及与惯性导航装置组成机载综合导航系统，进一步强化了惯性导航在机载导航中的地位。

惯性导航装置也成功地用于舰船。舰载惯性导航也是首先以机电陀螺为基础，然后转向

光电陀螺。80年代初，美国研制出捷联式激光陀螺导航仪，实验证明其性能参数优于海军的规范要求。随后陆续研制出水面舰船、潜艇、核潜艇等用的高精度激光陀螺导航仪。其他国家也研制和装备了舰载光电导航装置。

地面惯性导航装置的发展相对迟后一些。由于现代地面战争要求部队能在广阔的地域内快速机动，并迅速投入战斗。这种作战方式需要地面作战平台具有地面导航能力，以不断地准确确定当前位置和精确保持动态姿态基准。美国70 年代初期就开始考察地面导航的方法和技术。1980年有人提出无线电导航可能受到干扰，GPS卫星导航的卫星可能受到攻击，因而地面导航应以自主的惯性导航为基础。在军事部门的支持下，工业部门开始研究将激光陀螺用于地面导航，并将机载激光陀螺惯性导航系统安装在坦克上进行试验。结果，野外试验证明，获得的方位精度、位置精度、姿态误差等数据均优于陆军规范的要求，而且激光陀螺可靠性高、反应时间短、可提供数字输出，以其为基础的惯性导航系统可以满足地面战场的严酷使用要求。因此80年代中期以后，以激光陀螺和光纤陀螺为基础的地面导航系统逐步发展起来。如美国的M109A6“帕拉丁”自行榴弹炮、德国的“豹”2坦克、英国的“勇士”炮兵观察车、瑞典的TGR-11炮兵测地－观察车、FH-77B 155mm牵引榴弹炮等，已经能够完全满足现代地面作战的要求。地面导航装置正逐渐成为地面作战平台必备的装备。

[影响]

惯性技术是涉及多学科的综合技术，是现代武器系统必需的核心技术。而惯性导航技术则是各类作战平台必需的核心技术。惯性导航装置不仅使作战平台具有了自主定位能力，而且使指挥员可以随时了解所属部队的行踪和准确位置，从而提高了部队的机动作战能力、协同作战能力，以及自动化指挥能力。惯性导航装置使压制兵器可以迅速确定自己的准确位置，并按照指挥部门提供的目标位置数据确定射击诸元，从而提高了其快速反应能力和精确打击能力。