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惯性姿态传感器的发展前景及展望 发布时间:2018-05-11   浏览量:5570次

就全球发展现状而言,现有的惯性传感器已经可以满足当前各种不同导航任务的精度指标要求。未来的主要目标是降低器件的成本、体积/重量和功耗等,具体包括以下几个方面:


材料和工艺:生产厂商采用低劳动密集型生产模式和批量处理技术,选用硅片、石英、或结合光电材料(如铌酸锂)等新型材料,制造惯性传感器。


成本:包括产品自身成本和操作维护费用。由于大规模的批量生产,惯性传感器成本在大幅下降。


体积:惯性测量传感器在不断向轻量化、小型化、微型化方向发展;未来一些新型的惯性传感器将无法用肉眼识别。


研究热点:一方面集中在小型化MEMS惯性器件的性能提高和有效封装上,另一方面集中在光学传感器上,尤其是对采用集成光学的FOG的研究。


期望:在各个精度级别上,均能获得尺寸小且价格低廉的惯性传感器。


惯性传感器的发展情况直接决定了惯性导航系统的开发和应用,惯性传感器自身的成本、体积和功耗影响了惯性导航系统的相应参数指标。


惯性导航系统的设计和发展须要考虑权衡的主要因素有:


(1)导航性能(尤其是精度)和价格成本是首要的两个特性指标。价格成本包含系统自身成本、维护成本和使用寿命。因此对于很多导航应用,合理的价格仍然被置于应用要求的最前面。导航性能包括:导航的精确性、连续性、完整性、易用性,易用性是指系统易于使用和维护、系统的自主性等。

(2)实际的应用环境是最大的挑战。系统的体积、功耗、可靠性和可用性会关系到惯性导航系统能否在具体的应用环境中被采用。

(3)提高惯性导航系统的通用性,拓展应用领域。


惯性导航系统发展和技术进步呈现以下特点:


(1)在无法接收GNSS信号或需要高度导航可靠性的应用场合,高性能的自主INS仍具有不可替代的作用。


(2)GNSS技术的快速发展和进步,将取代部分传统的INS应用领域。上海交通大学导航、制导与控制研究所研制GPS姿态测量仪,在1m基线的情况下可获得优于0.2°的2-D姿态测量精度。


(3)INS与其他多种导航手段组合,尤其是GNSS/INS组合导航系统 ,受到普遍关注。


(4)地面车辆导航等民用市场发展迅速,价格低廉的一体化、小型化、多模式组合导航设备成为市场发展的三个重要方向,这既是惯性导航系统发展的机遇,也是挑战。


(5)针对舰船导航系统的设计和发展:首先从系统的性能和可靠性方面考虑,须要不断提高惯性导航系统自身的集成度;使其具备与其他导航手段协同工作的组合导航模式,并且提供与舰船的其他操作控制或导航设备灵活接口。其次从降低系统成本角度考虑,很多学者尝试采用中低精度的惯性测量传感器或MEMS器件,通过改进导航系统配置、与其他导航手段相结合来获得令人满意的精度指标。INS首先与GNSS组合,然后再结合声纳、图像等其他导航手段组成舰船一体化组合导航系统,是最受关注的研究热点和发展方向。


总之,在惯性器件研究方面,体积小且价格低廉的MEMS惯性传感器,和高精度、高性能FOG在未来一段时间仍将是受关注的焦点。受现代计算机技术快速发展的影响,平台式导航系统将被捷联式惯性导航系统所替代。


当前,惯性技术已经成为一国技术水平先进性的重要标志之一,其先进程度和应用水平关系到国家多个行业的信息化水平和自动化控制水平。目前惯性技术正朝着小型化、数字化、智能化、低成本、高可靠性、多领域应用的方向发展,新的应用与产品正加速涌现。随着国民经济和技术水平的进一步发展,未来惯性技术的应用领域也将持续扩展。


标签: 惯性测量单元

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