惯性技术是以力学、机械学、光电子学、控制学和计算机学等为基础的多学科综合技术,具有自主、隐蔽、 抗干扰、实时、连续测量等众多优点。惯性技术在航空、航天、航海、陆地导航、各种战略战术 导航和民用领域都得到了广泛的应用。
“惯性”具有两重含义,第一种是陀螺和加速度计服从牛顿力学,基本工作原理是动量矩定理和牛顿第二定理,即基本惯性原理;第二,作为测量元件时输出量都是相对惯性空间的测量值,如角速度输出是相对惯性空间的角速度,加速度输出是绝对加速度。
在许多对导航性能要求苛刻的任务中无论是精度要求高还是可靠性要求高,任何单一的导航系统可能都无法满足要求这就需要使用多种导航系统同时对运载体进行导航信息测量,再对所有测量信息作综合处理(包括检测、结合、相关和估计),从而得到更为准确和可靠的导航结果。这种对多种导航信息作综合处理的技术就称为组合导航技术。从上述对惯导和卫星导航的优、缺点描述中可以看出,两者性能具有非常强的互补性,因而惯性卫星组合导航被公认为是最佳的组合导航方案。
惯性导航系统是以陀螺和加速度计为敏感器件的导航参数解算系统,该系统根据陀螺的输出建立起导航坐标系,根据加速度计输出解算出运载体的速度和位置。惯性导航系统(简称惯导系统)提供的信息主要有姿态、方位、速度和位置,甚至还包括加速度和角速率,这些信息可用于运载体的正确操纵和控制。采用数学算法确定出导航坐标系的系统称为捷联式惯导系统;惯导直接安装在载体上,没有物理实体平台,可称为数学平台。
尽管所有类型的惯性导航系统的基本原理都是一样的,但它们的实施却有各种不同的形式。惯性导航技术的原始应用都采用稳定平台技术。在这样的系统里,惯性敏感器安装在一个稳定平台上,并与运载体的转动进行隔离。平台系统现在仍然很常用,特别是在需要精确估算导航参数的场合(如船舶和潜艇)。现代系统通过把敏感器固连(或固定)在运载体的亮体上而去除了平台系统大部分的机械复杂性。和等效的平台系统相比,这种方法的潜在好处是成本降低、尺寸减小、可靠性提高。结果,小型、精确的惯性导航系统现在可以装到小型导弹上,所带来的主要问题是计算复杂性显著增加,而且需要能测量高转速的器件。然而,计算机技术的不断进步与造用敏感器的开发相结合,使这种设计成为现实。[1]
这种惯性导航系统通常称为"捷联"惯性导航系统。最近几年,惯性导航系统发展的主要特征,是逐步从稳定平台技术转向捷联技术。由于陀螺技术取得的进展,捷联系统的应用越来越广。由于小型速率积分陀螺、动力调谐陀螺、新近的环形激光与光纤速率敏感器以及振动陀螺的出现,惯性技术的发展达到了新的里程碑。 MEMS(微型加工机电系统,简称微机电系统)敏感器是一项令人振奋的技术进展,它将使惯性导航的应用范围进一步拓宽。捷联系统正越来越多地应用于飞机和导弹。最近,这项技术又应用于船舶和潜艇。
[1]部分摘自David H.Titterton(英) John L.Weston(英)《捷联惯性导航技术》(第二版) 工业出版社
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