慣性技術的研究現狀與發展趨勢分析

江嘉宇

（長沙市雅禮中學，長沙410007）

慣性技術的研究現狀與發展趨勢分析

江嘉宇

（長沙市雅禮中學，長沙410007）

慣性技術是一種綜合學科運動信息感知技術，慣性技術的核心和發展標志就是慣性導航技術，本文主要針對慣性技術的研究現狀與發展趨勢進行綜合性分析。

慣性技術；研究現狀；發展趨勢

1 慣性技術的研究現狀

慣性技術是以牛頓力學、光子電學為基礎的一門自主、實時、無時間地域環境限制的綜合學科運動信息感知技術。其涉及的領域包括航空航天、潛艇、導彈、測量等，屬于國防關鍵技術。

慣性技術的核心和發展標志是慣性導航技術。導航技術利用慣性儀表同時測量載體運動的線加速度和角速度，實時算出載體的三位姿態、速度、位置等信息。慣性導航系統的實現平臺主要有兩種——平臺式和捷聯式。平臺式主要跟蹤載體的物理平臺，通過平臺環架上的姿態角傳感器提供姿態信息；雖然該平臺可以不需要承受載體角運動的影響，測量的動態誤差相對降低了，但是其也同時具有可靠性低、體積大、成本高、維護不方便等缺點。捷聯式慣性導航系統主要是通過計算機軟件實現慣性平臺功能，而非物理平臺，姿態信息是通過計算機計算得來的。捷聯系統因無法通過隔離載體角運動來計算，故其有龐大的數據需要計算，對計算機的速度和容量要求比較高。相對于平臺技術，捷聯技術可靠性高、體積小、成本低、維護方便，也可以通過計算機連接其他導航系統。捷聯系統已經成為了現代慣性系統技術主要研究方案和發展趨勢。

慣性導航系統可以應用在海陸空和地下等環境，具有信息全面、高度自主、優良的隱蔽性、信息實時、信息連續等優點。慣性導航系統是國防關鍵性技術，例如，在導彈的命中上70%的精度是取決于慣性導航系統的精度。同時越來越多的民用領域也開始采用慣性技術，如地質勘探、石油勘探、醫療設備，甚至是照相機手機也開始運用慣性技術。

但是慣性導航系統的誤差會隨著時間而積累，因此需要及時維護該系統，且維護成本較高。但是在幾次高科技的戰爭中表明，慣性導航系統相對其他導航系統是可以穿越強電磁的干擾，持續的、穩定的在惡劣環境下進行工作。

對慣性技術的需求日益更新，這對慣性技術的發展提出了新的挑戰，也促進了慣性技術往更多的方面思考，促使慣性技術在原理、方法、技術方面的不斷創新和進步。

慣性系統技術至今已經發展了上百年，其主要核心儀表是陀螺儀和加速度計。其中陀螺儀表由于制作難度大，一直是慣性系統技術的重點研究對象。早期的慣性系統主要是平臺式的，對陀螺儀和計算機要求較低；現在的捷聯慣性系統提出了新的要求，需要“體積小、成本低、性能高”，故高精度光學陀螺儀逐漸運用廣泛。我國的陀螺儀研制起步晚，但是進步大。雖然我國的轉子式陀螺儀和MEMS慣性儀表還不及國際水平，但是我國的光學陀螺儀已經達到國際先進水平。在慣性系統的研究上，我國的滾珠軸承飛輪和磁懸浮軸承技術取得了飛躍式的進展。

2 慣性技術的發展趨勢分析

由于各類的運動載體對慣性技術提出的新需求越來越多，所以慣性技術的思考方向和研究方向也變得寬闊。根據國內外的研究情況，慣性技術的發展趨勢大概可以分為以下幾個方面：

慣性儀表技術。由于轉子式陀螺儀和光學陀螺儀的精度和穩定性還需要進一步的提高，故而新概念的慣性儀表不斷地提出，例如晶體光纖陀螺、MEMS陀螺等?？偟貋碚f，這是對慣性儀表技術提出了新原理、新工藝的要求，促使慣性儀表技術向高精度小體積的方向發展。

慣性系統技術。由于慣性技術的國防方向和在一些環境惡劣的領域開始應用，這就要求慣性技術在穩定性和持續性上的性能越來越高。這個要求是要通過慣性系統的高精度、小體積、快速啟動等功能實現。平臺式慣性系統通過其控制技術來實現慣性系統的穩定性；捷聯式慣性系統則通過數字化固態儀表和系統集成的一體化等技術使慣性系統達到應用領域的新要求。隨著慣性系統技術的應用領域不斷擴寬，該技術還將應用于行星間的慣性導航理論。

慣性測試與實驗技術：測試技術測定和準確對慣性儀表和系統的誤差系數，對慣性系統使用性能的提高起著關鍵性的作用。準確誤差系數對慣性儀表的精細化起著保障的作用，只有誤差系數確定好了，才能確保慣性儀器的性能一致。因此不斷發展慣性測試與實驗技術，才能更好的發展慣性系統技術。

新材料的技術。由于慣性系統技術的要求逐漸提高，為了滿足慣性系統的新要求，除了需要新的原理和理論外，在儀器和元件的技術上也提出了新的要求。新材料的研究可以在技術上使得現有的平臺式和捷聯式慣性技術具有更好的穩定性，其陀螺儀擁有更小的體積。新的理論出來了，就必須有新的材料來實現，因此，新材料的技術是推動慣性技術發展的重要因素。

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Research Status and Development Trend Analysis of Inertial Technology

JIANG Jia-yu
(Changsha Yali Middle School,Changsha 410007,China)

Inertial technology is a comprehensive subject motion information and perception technology,the core and development of inertial technology is inertial navigation technology,this paper mainly focuses on the research status and development trend of inertial technology.

Inertial technology;Research status;Development trend

TN966

A

1674-8646（2015）09-0052-02

2015-06-19