捷联惯性技术发展历史与研究现状
时间:2017-06-17 14:55 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 惯性技术是利用惯性敏感元件测量载体相对惯性空间的线运动和角运动参数，在给定的初始条件下，由计算机推算出载体的姿态、方位、速度和位置等参数。惯性系统涉及到力学、控制理论、计算机技术、测试技术、精密机械工艺等，是一门综合性很强的应用技术学科。10271 虽然惯性系统所依据的力学原理早在 300 前的牛顿时代就为人们所掌握，可以说，有了牛顿的力学定律和万有引力定律就有了惯性系统的理论基础。然而，两个世纪后能演示惯性测量技术的惯性敏感器才研发出来。 1923 年休拉发表论文《运载工具的加速度对于摆和陀螺仪的干扰》[1]，以垂线指示系统为例系统阐明了休拉摆原理，为惯性系统的设计奠定了理论基础。20 世纪上半叶取得的重要进展是，研制了舰炮火控系统稳定平台，提出了惯性系统的基本概念。博伊科（Bow）发现，利用加速度计和陀螺仪可以构建一个完整的惯性系统。但是那时，惯性敏感器的质量还是不足以生产、演示这样一种系统。 第二次世界大战中，德国科学家在 V1 和 V2 火箭上演示验证了惯性系统的原理，主要步骤是使用了带反馈的系统，从而实现了精确引导。此时，世界各地的研究活动非常活跃：研制新型惯性敏感器并改进其精度，1949 年出版物中首次提出了捷联导航的概念。20 世纪 50 年代，研制和发明了节奏进一步加快，海上和空中应用都取得了重要的进展。研制出了更精确的敏感器，陀螺仪的精度大幅度提高。 惯性导航系统发展依靠三方面科学技术发展的支撑：新概念测量原理和新型惯性器件、先进制造工艺和计算机技术。20 世纪 50 年代初，制造出了稳定平台惯性导航系统。20 世纪60 年代，惯性系统成为军用飞机、船舶、潜艇的标准配置。所有这些应用场合都采用所谓的稳定平台技术。 二十世纪 70 年代以来，捷联惯导性系统取得突破性发展并得到广泛应用，而且成为一向以平台技术为主的战略级惯导系统的一个主要竞争者。捷联惯性系统由于省掉了机电式的导航平台，所以体积、重量和成本大大降低，且具有易于冗余配置、可靠性高文护方便等优点。又由于捷联系统提供的信息全部是数字信息，所以特别适用在采用数字飞行控制系统的载体上，随着计算机技术的飞速发展以及各种新型陀螺仪的出现，捷联系统的应用必将越来越广泛。 二十世纪 80 年代以来惯导性系统技术的又一突出变革是组合导航技术的应用。目前应用较多的有地形辅助惯性导航系统、多普勒/惯性导航系统、INS/GPS 导航系统、INS/天文导航系统等。其中 INS/GPS 导航系统发展迅速。GPS 等外部基准信息成功的引入，修正了惯导系统随时间积累的位置，而惯导系统反馈信息又拓宽了 GPS 的动态范围。因而发展惯性系统和GPS 等的组合导航系统成为个重要发展方向。 随着现代科学技术的发展，特别是现代化战争的需求，对惯性系统技术的要求越来越高。捷联惯性系统具有结构简单，重量轻，成本低，且可通过惯性器件的余度配置提高系统可靠性的优越性。特别是现代电子技术和计算机技术的飞速发展，为捷联惯性技术的发展创造了有利条件。新一代低成本中等精度的惯性仪表如激光陀螺、光纤陀螺、硅微惯性器件的研制成功，为捷联惯性导航系统打下了物质基础；捷联技术的研究，如算法编排、误差建模、测试技术等迅速得到发展。新的捷联惯性导航系统产品普遍用于各种战术武器和飞机航姿系统中，随着固态仪表精度的不断提高、误差补偿技术的逐渐完善，捷联惯性导航将逐步取代平台惯导。因而，发展捷联惯性导航系统以及以捷联系统为基础的各种组合导航系统，成为今后惯性导航系统发展的总趋势。 (责任编辑：qin) |