惯性导航系统
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目录1.惯性导航系统的概念 (2)2.惯导系统的发展历史及发展趋势 (3)惯性导航系统的发展 (3)我国的惯性导航系统 (5)捷联惯导系统现状及发展趋势 (6)3.惯性导航系统的组成 (10)4、惯性导航系统的工作原理 (14)5、惯性导航系统的功能 (18)6、惯性导航系统的服务模式与应用模式 (20)7、惯性导航系统当前的应用情况 (21)8、惯性导航系统的特点 (23)系统的主要优点 (23)系统的主要缺点 (24)9、惯性导航系统给我们的启示 (24)惯性导航系统一、惯性导航系统的概念什么是惯性导航或惯性制导呢?惯性导航系统(INS)是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。
在给定的运动初始条件(初始地理坐标和初始速度)下,利用惯性敏感元件测量飞机相对惯性空间的线运动和角运动参数,用计算机推算出飞机的速度、位置和姿态等参数,从而引导飞机航行。
推算的方法是在运载体上安装加速度计,经过计算(一次积分和二次积分),从而求得运动轨道(载体的运动速度和距离),进而进行导航。
在运载体上安装加速度计,用它来敏感、测量运载体运动的加速度,经过计算(一次积分和二次积分),从而求得运动轨道(运载体运动的速度和距离),并且产生对运载体运动所需要的控制信号,控制运载体按要求弹道运动,称为惯性制导。
这就是说,惯性制导是对运载体进行测量和控制,使其沿预定的轨道运动。
作为一种自主式的导航方法,惯性导航是完全依靠载体上的设备自主地确定出载体的航向、位置、姿态、和速度等导航参数。
并不需要外界任何的光、电、磁参数。
因此,惯性导航系统具有隐蔽性好、全天候工作能力等独特优点。
对飞行器、舰船和地面移动载体(特别是用于军事目的)等尤为重要。
所以在近三十年来,在航空、航天、航海、交通和大地测量中惯性导航系统都得到了广泛的应用。
近今年来由于捷联技术在惯导系统中的应用为惯导系统在民用领域中的应用和发展开辟了更广阔的前景。
《惯性导航系统快速传递对准技术》阅读笔记1. 惯性导航系统快速传递对准技术概述惯性导航系统(Inertial Navigation System,简称INS)是一种利用陀螺仪、加速度计和磁力计等传感器实时测量物体的角速度、加速度和磁场等信息,从而计算出物体的位置、速度和姿态等参数的导航系统。
在军事、航空、海洋、航天等领域,惯导系统具有重要的应用价值。
由于大气层扰动、地球自转引起的误差等因素,惯导系统在实际应用中可能会出现较大的误差。
为了提高惯导系统的精度和稳定性,快速传递对准技术应运而生。
快速传递对准技术是指通过一种特殊的方法,使惯导系统中的参考站与待测站之间的相对位置发生变化,从而实现对惯导系统参数的修正。
这种方法具有操作简便、效率高、精度高等优点,可以有效地减小惯导系统误差,提高导航精度。
快速传递对准技术已经广泛应用于各类惯导系统,如地面空中水下空间惯导系统等。
1.1 研究背景与意义随着科技的飞速发展,惯性导航系统(INS)在各种领域的应用越来越广泛,如航空航天、自动驾驶汽车、机器人等。
惯性导航系统的主要功能是通过陀螺仪和加速度计等惯性测量器件来测量和计算物体在空间中的位置和运动状态。
由于惯性导航系统的自主性较强,且会受到各种环境因素如温度、振动等的影响,使得其初始对准时间较长,精度受到一定程度的影响。
如何提高惯性导航系统的快速传递对准技术,缩短对准时间,提高对准精度,成为了当前研究的热点问题。
快速传递对准技术的提高对于提高惯性导航系统的性能具有重要意义。
它可以有效地缩短系统的初始对准时间,提高系统的快速反应能力。
这对于一些需要快速响应的应用场景,如军事机动、灾难救援等,具有重要的实用价值。
快速传递对准技术可以提高系统的定位精度和导航精度,这对于提高导航系统的可靠性和稳定性至关重要。
随着科技的发展,惯性导航系统正朝着更高精度、更高集成度的方向发展。
研究和发展快速传递对准技术,对于推动惯性导航系统的技术进步和产业升级具有深远的意义。
惯性导航系统如何借助物理原理找到正确的方向惯性导航系统是一种利用物理原理来确定正确方向的导航系统。
它主要依靠惯性传感器来测量导航系统的加速度和角速度,从而实现航向、位置和速度的准确计算。
本文将介绍惯性导航系统的原理以及它是如何借助物理原理找到正确的方向的。
一、惯性导航系统的工作原理惯性导航系统是基于牛顿第一定律的惯性原理工作的。
牛顿第一定律也被称为惯性定律,它表明物体在不受力的作用下将保持静止或匀速直线运动。
惯性导航系统利用这一原理,通过测量导航系统的加速度和角速度来计算位置和速度。
惯性导航系统主要包括三个核心组件:加速度计、陀螺仪和计算单元。
加速度计用于测量系统的加速度,陀螺仪用于测量系统的角速度,而计算单元则用于处理传感器的输出并计算位置和速度。
加速度计通过测量系统的加速度来确定系统的运动状态。
它基于牛顿第二定律,利用加速度与力的关系进行测量。
加速度计可以感知系统的线性加速度,并将测量结果传递给计算单元进行处理。
陀螺仪则通过测量系统的角速度来确定系统的旋转状况。
它基于角动量守恒定律,利用角速度与力矩的关系进行测量。
陀螺仪可以感知系统的角速度,并将测量结果传递给计算单元进行处理。
计算单元是惯性导航系统的核心部分,它接收加速度计和陀螺仪的输出,并进行复杂的计算以确定位置和速度。
计算单元会根据测量到的加速度和角速度对系统的运动状态进行积分处理,从而得到位置和速度的准确数值。
二、物理原理在惯性导航系统中的应用物理原理在惯性导航系统中扮演了重要的角色。
首先,惯性导航系统利用牛顿第一定律和角动量守恒定律来解决航向、位置和速度的计算问题。
这些定律是基于数学和物理原理的深度研究得出的,确保了导航系统的准确性和可靠性。
其次,惯性导航系统依赖惯性传感器来感知系统的加速度和角速度。
加速度计和陀螺仪作为惯性传感器,利用物理原理测量加速度和角速度的变化。
它们通过多个微小的物理过程,如斥力、角动量和振动等,来转化为可供系统理解和计算的电信号。
一、前言惯性导航系统(Inertial Navigation System,简称INS)是一种基于物体自身运动状态进行导航定位的系统。
在军事、民用等领域具有广泛的应用。
为了深入了解惯导系统的原理和应用,我们于近期进行了惯导实习。
以下是对本次实习的总结和报告。
二、实习目的1. 了解惯性导航系统的基本原理和组成;2. 掌握惯导系统的安装、调试和操作方法;3. 通过实际操作,提高动手能力和解决实际问题的能力;4. 为今后从事相关领域的工作奠定基础。
三、实习内容1. 惯性导航系统原理(1)惯性导航系统概述惯性导航系统是利用物体惯性原理进行导航定位的一种系统。
它通过测量物体运动过程中的加速度、速度和位置等参数,实时计算出物体的运动轨迹和位置。
(2)惯性导航系统组成惯性导航系统主要由惯性测量单元(IMU)、数据处理单元和显示单元组成。
2. 惯导系统安装与调试(1)安装将惯导系统按照说明书要求安装到试验平台上,确保安装牢固。
(2)调试连接电源和通信线,启动系统,进行自检。
检查各部件工作状态,确保系统正常运行。
3. 惯导系统操作(1)启动系统按下启动按钮,系统开始工作。
(2)输入初始数据输入起始位置、速度和航向等初始数据。
(3)实时监测观察系统实时显示的加速度、速度和位置等信息,分析系统工作状态。
(4)数据记录记录实验过程中各参数的变化情况,为后续分析提供依据。
四、实习总结1. 通过本次实习,我们掌握了惯性导航系统的基本原理和组成,了解了惯导系统的安装、调试和操作方法。
2. 在实际操作过程中,我们遇到了一些问题,如系统不稳定、数据误差等。
通过查阅资料和请教指导老师,我们找到了解决问题的方法,提高了自己的动手能力和解决问题的能力。
3. 本次实习使我们认识到,惯性导航系统在实际应用中具有重要意义,为今后从事相关领域的工作打下了基础。
五、心得体会1. 实习过程中,我们充分认识到理论知识与实际操作相结合的重要性。
只有将所学知识运用到实际工作中,才能更好地提高自己的能力。
惯性导航系统如何在没有GPS的情况下定位惯性导航系统是一种利用陀螺仪和加速度计等惯性测量单元(IMU)进行导航定位的技术。
与依赖卫星的全球定位系统(GPS)不同,惯性导航系统独立于外部信号源,可以在没有GPS信号的情况下实现定位和导航。
本文将介绍惯性导航系统在GPS不可用情况下的定位原理和应用。
一、惯性导航系统概述惯性导航系统是一种利用物体运动中的惯性原理进行导航的系统。
通常由陀螺仪和加速度计等组件构成,通过测量物体的角速度和加速度,结合初始状态的参考值,计算出物体在空间中的位置、速度和方向等导航参数。
二、惯性导航系统定位原理惯性导航系统的定位原理基于物体运动的惯性特性。
当物体运动时,陀螺仪可以测量物体的角速度,而加速度计可以测量物体的加速度。
结合初始状态的参考值,可以通过积分计算出物体相对于初始位置的运动轨迹。
同时,在运动过程中,通过不断更新采集到的角速度和加速度数据,可以对位置、速度和方向等导航参数进行连续修正。
三、惯性导航系统误差问题惯性导航系统在实际使用中存在一定的误差问题。
主要包括陀螺仪的漂移误差和加速度计的积分漂移误差。
陀螺仪的漂移误差会导致角速度的测量值逐渐偏离真实值,从而影响导航结果的准确性。
加速度计的积分漂移误差会导致位置误差的不断累积。
为了解决这些误差问题,惯性导航系统通常需要与其他导航系统(如GPS)进行组合使用,通过传感器融合技术进行自校准和误差补偿。
四、惯性导航系统应用领域惯性导航系统在很多领域都有广泛的应用,特别是在没有GPS信号或者GPS信号不稳定的环境下。
下面列举几个应用领域:1. 航空航天:惯性导航系统被广泛应用于飞机、导弹、卫星等空中航行器中,能够为飞行器提供准确的导航和姿态信息。
2. 海洋航行:惯性导航系统可以在船只、船舰等航行载体中使用,提供准确的航迹跟踪和位置定位。
3. 无人驾驶车辆:惯性导航系统在无人驾驶领域具有重要作用,可以为无人驾驶车辆提供精确的位置和姿态信息,实现自主导航和控制。
惯性导航系统导航系统在现代社会中扮演着至关重要的角色,无论是在陆地、海上还是空中,人们都依赖于导航系统来确定位置、规划航线和安全导航。
而在导航系统中,惯性导航系统被广泛运用,它以其独特的技术和功能在各个领域中发挥重要作用。
一、惯性导航系统的基本原理惯性导航系统是一种不依赖于外部参考的导航系统,它依靠惯性传感器实现位置和速度的确定。
惯性导航系统由三个基本部分组成:陀螺仪和加速度计以及计算单元。
陀螺仪用于测量角速度,而加速度计用于测量线加速度。
通过对这些测量数据进行积分和计算,惯性导航系统能够提供准确的位置、速度和航向信息。
二、惯性导航系统的优势相比于其他导航系统,惯性导航系统具有许多独特的优势。
首先,惯性导航系统没有对外部环境的依赖,可以在任何环境和天气条件下工作。
这使得它在航空、航海和军事领域中得到广泛应用,尤其是在恶劣的气候和极地环境下。
其次,惯性导航系统具有高精度和快速响应的特点,能够提供准确的位置和速度信息,对导航的实时性要求高的场景非常有优势。
此外,惯性导航系统体积小、质量轻,对设备和空间要求相对较低,便于安装和集成。
三、惯性导航系统的应用领域惯性导航系统在航空、航海和军事领域中得到广泛应用。
在航空领域,飞机上配备了惯性导航系统可以实时获取飞机的位置、速度和姿态信息,为飞行员提供准确的导航指引。
航海领域中,惯性导航系统可以帮助船舶确定位置和航向,提供给船员准确的航行信息。
而在军事领域中,惯性导航系统则被用于导弹、导航、战斗机和潜艇等武器装备中,帮助军事行动实现精确和长程的导航目标。
四、惯性导航系统的未来发展随着科技的不断进步,惯性导航系统也在不断演进和改进。
传统的惯性导航系统依靠陀螺仪和加速度计进行姿态测量,虽然具有高精度和可靠性,但体积较大、制造和维护成本较高。
近年来,光纤陀螺仪和微机电系统(MEMS)等新技术的应用,使得惯性导航系统体积更小、成本更低,且具备相当的准确度。
此外,惯性导航系统与全球定位系统(GPS)等导航系统的融合也越来越广泛,通过多传感器的数据融合,提高导航系统的可用性和鲁棒性。
惯性导航系统概论惯性导航惯性导航系统(Inertial Navigation System,简称INS)是一种利用陀螺仪和加速度计等惯性传感器,通过测量物体的加速度和角速度来推导出物体的位置、方向和速度的导航系统。
与传统的基于外部引导信号的导航系统相比,惯性导航具有独立、快速响应和高精度等优点,因此在航空航天、船舶、火箭、导弹等领域得到广泛应用。
传感器部分是惯性导航系统的输入部分,主要由陀螺仪和加速度计两种惯性传感器组成。
陀螺仪用于测量物体的角速度,加速度计用于测量物体的线加速度。
陀螺仪通常有旋转式陀螺仪和光纤陀螺仪两种类型,光纤陀螺仪具有高精度和长寿命等优点。
加速度计常用的有压电式加速度计和微机械加速度计等。
计算部分是惯性导航系统的核心部分,主要包括运动方程、数值积分和误差补偿三个模块。
在运动方程模块中,根据牛顿第二定律和角动量守恒定律,建立物体的运动方程。
在数值积分模块中,对加速度和角速度数据进行积分,得到物体的速度和位移。
在误差补偿模块中,对传感器测量误差进行补偿,提高导航系统的精度和稳定性。
惯性导航系统的工作过程可以简单描述为:系统首先将初始位置和方向输入,并根据运动方程和数值积分推导出物体的速度和位移。
然后,系统利用传感器测量物体的加速度和角速度,并进行误差补偿,对上一时刻的位置和方向进行更新。
通过不断重复上述步骤,惯性导航系统能够实时更新物体的位置、方向和速度信息。
惯性导航系统具有许多优点。
首先,惯性导航系统不依赖于外部引导信号,具有独立工作的能力,能够在无GPS信号或其他导航信号的情况下进行导航定位。
其次,惯性导航系统响应速度快,能够实时更新导航信息,适用于需要高频率更新的应用场景。
此外,惯性导航系统具有高精度的特点,可以满足精密导航的需求。
然而,惯性导航系统也存在一些问题。
由于传感器测量误差的存在,惯性导航系统会产生导航漂移问题,即导航误差会随着时间的推移不断累计。
为了解决导航漂移问题,可以采用多传感器融合技术,将惯性导航系统与其他导航系统(如GPS)相结合,提高导航精度和可靠性。
惯性导航系统技术的研究与发展惯性导航系统(Inertial Navigation System, INS)是一种利用惯性导航传感器测量和集成飞行器运动信息的导航技术。
它以惯性测量单元(Inertial Measurement Unit, IMU)为核心,通过测量加速度和角速度等物理量,计算出飞行器的位置、速度和姿态等导航参数。
惯性导航系统技术的研究与发展具有重要意义,不仅可以应用于航空航天领域,还可以拓展到其他领域,例如汽车、船舶等。
惯性导航系统技术的研究与发展主要包括三个方面:传感器技术、运动解算算法和误差补偿方法。
首先,传感器技术是惯性导航系统的基础。
目前常用的惯性导航传感器包括陀螺仪和加速度计。
陀螺仪用于测量飞行器的角速度,而加速度计则用来测量飞行器的加速度。
传感器的性能对系统导航精度和可靠性具有重要影响。
因此,研究人员致力于开发高精度、低成本、小尺寸的惯性导航传感器。
传感器技术的创新可以提供更准确的输入数据,从而提高惯性导航系统的性能。
其次,运动解算算法是惯性导航系统的核心。
传感器测量得到的加速度和角速度需要通过运动解算算法计算出飞行器的姿态、速度和位置等导航信息。
常用的运动解算算法包括卡尔曼滤波器、扩展卡尔曼滤波器等。
这些算法基于动力学模型和测量方程,结合先验信息和测量数据,通过迭代计算得到最优的导航解算结果。
研究人员对于运动解算算法进行改进和优化,旨在提高系统的导航精度和鲁棒性。
最后,误差补偿方法是惯性导航系统中不可或缺的一环。
由于传感器本身存在误差和漂移,以及环境条件的变化,惯性导航系统的导航参数会随着时间累积误差而发生偏移。
为了解决这个问题,研究人员提出了各种误差补偿方法。
常见的方法包括零偏校准、温漂补偿、初始对准等。
这些方法能够减小传感器误差对系统导航性能的影响,延长系统的导航有效性。
总的来说,惯性导航系统技术的研究与发展对于提高导航精度、降低成本、提升可靠性具有重要意义。
随着人们对于导航需求的不断提高和技术的不断进步,惯性导航系统将会得到更广泛的应用。
《捷联惯性导航系统关键技术研究》篇一一、引言捷联惯性导航系统(SINS)是一种利用惯性测量单元(IMU)来获取和解析导航信息的先进技术。
它以其高精度、高动态性以及全自主工作的特性,在航空、航天、航海、车辆导航等领域中发挥着重要的作用。
本文将深入探讨捷联惯性导航系统的关键技术研究,从系统组成、工作原理、技术难点到解决方案等方面进行详细阐述。
二、系统组成与工作原理捷联惯性导航系统主要由惯性测量单元(IMU)、导航计算机、算法处理软件等部分组成。
其中,IMU是系统的核心,它包括加速度计和陀螺仪,用于实时测量载体在三维空间中的运动状态。
导航计算机则负责采集IMU的数据,通过算法处理软件进行数据解析和处理,最终输出导航信息。
捷联惯性导航系统的工作原理主要依赖于牛顿第二定律和角动量守恒定律。
通过测量载体的加速度和角速度,系统可以推算出载体的运动轨迹和姿态信息,从而实现导航定位。
三、关键技术研究1. 高精度IMU技术研究IMU的精度直接影响到整个系统的导航精度,因此提高IMU 的精度是捷联惯性导航系统的关键技术之一。
当前,研究者们正在通过优化加速度计和陀螺仪的设计和制造工艺,提高其测量精度和稳定性。
此外,采用先进的滤波算法和校准技术,也可以有效提高IMU的精度。
2. 算法优化技术研究算法是捷联惯性导航系统的核心,其优化程度直接影响到系统的性能。
目前,研究者们正在致力于开发更加高效的算法,以实现更快的数据处理速度和更高的导航精度。
同时,针对不同应用场景,如高动态、强干扰等环境,研究者们也在进行相应的算法优化工作。
3. 系统误差校正技术研究由于惯性器件的误差积累和环境干扰等因素的影响,捷联惯性导航系统在长时间工作时会产生较大的误差。
因此,系统误差校正是捷联惯性导航系统的另一个关键技术。
研究者们正在通过建立更加精确的误差模型,采用先进的校正算法和技术手段,对系统误差进行实时校正,以保证系统的导航精度和稳定性。
四、结论捷联惯性导航系统是一种重要的导航技术,具有广泛的应用前景。
惯性导航系统一、惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)1、基本观点惯性导航系统( INS)是一种不依靠于外面信息、也不向外面辐射能量的自主式导航系统。
其工作环境不单包含空中、地面,还能够在水下。
惯性导航系统目前已经发展出挠性惯导、光纤惯导、激光惯导、微固态惯性仪表等多种方式。
陀螺仪由传统的绕线陀螺发展到静电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺、微机械陀螺等。
激光陀螺丈量动向范围宽,线性度好,性能稳固,拥有优秀的温度稳固性和重复性,在高精度的应用领域中向来占有着主导地点。
因为科技进步,成本较低的光纤陀螺( FOG)和微机械陀螺( MEMS)精度愈来愈高,是将来陀螺技术发展的方向。
我国的惯导技术最近几年来已经获得了长足进步,液浮陀螺平台惯性导航系统、动力调谐陀螺四轴平台系统已接踵应用于长征系列运载火箭。
其余各种小型化捷联惯导、光纤陀螺惯导、激光陀螺惯导以及般配 GPS修正的惯导装置等也已经大批应用于战术制导武器、飞机、舰艇、运载火箭、宇宙飞船等。
如漂移率0.01 ° - 0.02 °/h 的新式激光陀螺捷联系统在新式战机上试飞,漂移率0.05 °/h 以下的光纤陀螺、捷联惯导在舰艇、潜艇上的应用,以及小型化挠性捷联惯导在各种导弹制导武器上的应用,都极大的改良了我军装备的性能。
惯性导航系统有以下主要长处:( 1)因为它是不依靠于任何外面信息,也不向外面辐射能量的自主式系统,故隐蔽性好,也不受外界电磁扰乱的影响;( 2)可全天流全世界、全时间地工作于空中、地球表面以致水下;( 3)能供给地点、速度、航向和姿态角数据,所产生的导航信息连续性好并且噪声低;( 4)数据更新率高、短期精度和稳固性好。
其弊端是:(1)由于导航信息经过积分而产生,定位偏差随时间而增大,长久精度差;(2)每次使用从前需要较长的初始瞄准时间;(3)设施的价钱较昂贵;(4)不可以给出时间信息。
但惯导有固定的漂移率,这样会造成物体运动的偏差,所以射程远的武器往常会采纳指令、GPS等对惯导进行准时修正,以获取持续正确的地点参数。
2、惯性导航原理目前,惯性导航分为两大类:平台式惯导和捷联式惯导。
它们的主要差别在于,前者有实体的物理平台,陀螺和加快度计置于由陀螺定的平台上,该平台追踪导航坐标系,以实现速度和地点解算,姿态数据直接取自于平台的环架;在捷联式惯导中,陀螺和加快度计直接固连在载体上。
惯性平台的功能由计算机达成,故有时也称作“数学平台” ,它的姿态数据时经过计算获取的。
惯导有固定的漂移率,这样会造成物体运动的偏差,所以长射程的武器往常会采纳指令、 GPS 等对惯导进行准时修正,以获取连续正确的地点参数。
比方中距空空导弹中段采纳捷联式惯导 +指令修正,以获取连续正确的地点参数。
惯性导航的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础,经过丈量载体在惯性参照系的加快度,将它对时间进行积分,且把它变换到导航坐标系中,便可以获取在导航坐标系中的速度、偏航角和地点等信息。
惯性导航系统属于一种计算导航方式.即从一已知点的地点依据连续测得的运载体航向角和速度计算出其下一点的地点.因此可连续测出运动体的目前地点。
惯性导航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系使加快度计的丈量轴稳固在该坐标系中并给出航向和姿态角;加快度计用来丈量运动体的加快度经过对时间的一次和分获取速度,速度再经过对时间的一次积分即可获取距离。
二、惯性导航的发展概略因为陀螺仪是惯性导航的中心零件,所以,能够按各样种类陀螺出现的先后、理论的成立和新式传感器制造技术的出现,将惯性技术的发展区分为四代,可是惯性技术发展的各阶段之间并没有显然界限。
第一代惯性技术指 1930年从前的惯性技术。
自 1687年牛顿三大定律的成立,并成为惯性导航的理论基础;到 l852 年,傅科 (Leon Foucault) 提出陀螺的定义、原理及应用假想;再到 1908年由安修茨 (Hermann Anschütz —Kaempfe)研制出生界上第一台摆式陀螺罗经,以及 1910年的舒勒 (Max Schuler) 调谐原理;第一代惯性技术确立了整个惯性导航发展的基础。
第二代惯性技术开始于上世纪40年月火箭发展的早期,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。
第一是惯性技术在德国V-II 火箭上的第一次成功应用。
到 50年月中后期, 0.5n mile /h的单自由度液浮陀螺平台惯导系统研制并应用成功。
1968年,漂移约为 0.005°/ h的G6B4型动压陀螺研制成功。
这一期间,还出现了另一种惯性传感器- 加快度计。
在技术理论研究方面,为减少陀螺仪表支承的摩擦与扰乱,挠性、液浮、气浮、磁悬浮和静电等支承悬浮技术被逐渐采纳; 1960年激光技术的出现为此后激光陀螺(RLG)的发展供给了理论支持;捷联惯性导航(SINS) 理论研究趋于完美。
70年月早期,第三代惯性技术发展阶段出现了一些新式陀螺、加快度计和相应的惯性导航系统 (INS) ,其研究目标是进一步提升 INS的性能,并经过多种技术门路来推行和应用惯性技术。
这一阶段的主要陀螺包含:静电陀螺(ESG)、动力调谐陀螺 (DTG)、环形激光陀螺 (RLG)、干预式光纤陀螺 IFOG等。
ESG的漂移可达10-4°/ h;DTG的体积小、构造简单,随机漂移可达 0. 01°/ h量级;鉴于 Sagnac干预效应的 RLG和捷联式激光陀螺惯导系统 (SINS) 在民航方面获取应用,导航精度可达 0. 1n mile / h。
除此以外,超导体陀螺、粒子陀螺、音叉振动陀螺、流体转子陀螺及固态陀螺等鉴于不一样物体原理的陀螺仪表接踵设计成功。
80年月,陪伴着半导体工艺的成熟和完美,采纳微机械构造和控制电路工艺制造的微机电系统(MEMS)开始出现。
图l 中ε为陀螺偏差。
第三、四阶段折线下方到虚线上方为应用新技术制造的新式惯性传感器。
目前,惯性技术正处于第四代发展阶段,其目标是实现高精度、高靠谱性、低成本、小型化、数字化、应用领域更为宽泛的导航系统。
一方面,陀螺的精度不停提升,漂移量可达10-6°/h ;另一方面,跟着RLG、FOG、MEMS等新式固态陀螺仪的渐渐成熟,以及高速大容量的数字计算机技术的进步,SINS在低成本、短期中精度惯性导航中体现出代替平台式系统的趋向。
在惯性技术发展的历史过程中,Draper 验室、Sperry 、原 Litton 、Delco 、Honeywell 、Kearfott 、Rockwell 、 GE(General Electric) 以及其余一些企业和研究机构,对惯性技术的成熟和宽泛应用做出了优秀贡献。
三、惯性导航的主要元零件惯性导航系统往常由惯性丈量装置、计算机、控制显示器等构成。
惯性丈量装置包含加快度计和陀螺仪。
三个陀螺仪用了丈量载体的三个转动运动;三个加快度计用了丈量载体的三个平移运动的加快度。
计算机依据测得的加快度信号计算出载体的速度和地点数据。
控制显示器显示出各样导航参数。
1、陀螺仪传统意义上上的陀螺仪是安装在框架中绕展转体的对轴高速旋转的物体。
陀螺仪拥有稳固性和进动性,利用这些特征制成了敏感角速度的速率陀螺和敏感角偏差的地点陀螺。
因为光学、 MEMS 等技术被引入陀螺仪的研制,此刻习惯上把能够达成陀螺功能的装置称为陀螺。
陀螺仪种类多种多样,按陀螺转子主轴所拥有的进动自由度数量可分为二自由度陀螺仪和单自由度陀螺仪;按支承系统可分为滚珠轴承支承陀螺,液浮、气浮与磁浮陀螺,挠性陀螺 ( 动力调谐式挠性陀螺仪 ) ,静电陀螺;按物理原理分为利用高速旋转体物理特征工作的转子式陀螺,和利用其余物理原理工作的半球谐振陀螺、微机械陀螺、环形激光陀螺和光纤陀螺等。
陀螺仪有很宽泛的应用,其使用目的有两个,一个是用陀螺仪来成立一个参照坐标系,另一个目的是用它来丈量运动物体的角速度。
与此对应,在惯性导航系统的应用中,陀螺仪分别被用做平台式惯导系统和捷联式惯导系统的敏感元件。
在平台式惯导系统中,用陀螺来稳固装有加快度计的平台,而产平生台漂移的主要要素是陀螺漂移,所以,对陀螺漂移值的大小提出必定的限制。
关于捷联式惯性导航系统,除了上述的要求以外,还一定对陀螺仪提出速率范围,标度系数的精度、带宽等特别要求。
因为陀螺仪是应用在各样不一样场合,所以对其漂移速度的要求也不尽同样。
这与应用的状况,系统的精度要求,使用时间的长短等要素相关。
在同一个系统的应用中,采纳了不一样的整体设计方案时,亦会对陀螺的精度提出不一样的要求。
一般说来,惯导系统所用陀螺的漂移速度都小于0.1 度/h。
就使用对象来区分,战术弹和火力控制用陀螺仪,漂移速度大于 0.1 度/ h,巡航弹用陀螺仪,漂移速度约在 0.01 度/ h 至 0.001 度/ h,弹道导弹用陀螺仪,约在 0.001 度/ h 左右。
别的,对用于半分析式惯导系统中的陀螺仪,因为需要对陀螺进行精准控制,所以,对陀螺中的力矩发生器的线性度提出了严格的要求。
2、加快度计加快度计是惯性导航系统的中心元件之—。
依靠它对照力的丈量,达成惯导系统确立载体的伙置、速度以及产生追踪信号的任务。
载体加快度的丈量一定十分正确地进行,并且是在由陀螺稳固的参照坐标系中进行。
在不需要进行高度控制的惯导系统中,只需两个加应度计便可以达成上述任务,不然是应当有三个加快度计。
加快度计的基本工作原理为牛顿第二定律。
加快度计的分类:依据输入与输出的关系可分为一般型、积分性和二次积分型;按物理原理可分为摆式和非摆式,摆式加快度计包含摆式积分加快度计、液浮摆式加快度计和挠性摆式加快度计,非摆式加快度计包含振梁加快度计和静电加快度计;按丈量的自由度可分为单轴、双轴、三轴;按丈量精度可分为高精度( 优于 10-4 m/s2) 、中精度 (10 -2/s2--10 -3 m/s2 ) 和低精度 ( 低于 0. 1m/s2 ) 三类。
别的,MEMS技术的发展促进微加快度计制作技术愈来愈成熟,国内外都将微加快度计开发生为MEMS技术产品化的优先项目。
与往常的加快度计对比,微加快度计拥有体积小、重量轻、成本低、功耗低、靠谱性高等长处,所以可被宽泛运用于航空航天、汽车工业、工业自动化及机器人等领域,也给微加快度计的发展带来了新的机会。
常有的微加快度计按敏感原理的不一样可分为:压阻式、压电式、地道效应式、电容式以及热敏式等;依据工艺方法又可分为体硅工艺微加快度计和表面工艺微加快度计。
自 1977年美国斯坦福大学第一利用 MEMS技术制作了一种开环微加快度计以来,国内外已开发出了各样构造和原理的微加快度计。
外国一些企业已经实现了部分种类微加快度计的产品化,比如美国 AD企业 1993年就开始批量化生产鉴于平面工艺的电容式微加快度计。