慣性導航技術的新進展及其發展趨勢

譚祖鋒

摘要??? 慣性導航是一門包含了諸多學科和領域的綜合型技術，入精密儀器、機械制造、計算機、自動化控制、電子等等。隨著我國經濟的不斷發展和科學技術的不斷進步，各式各樣的導航需求也越來越多，在很大程度上促進了慣性導航技術的不斷進步和發展。本文以船舶導航為例，探討了慣性導航技術的新應用，并對其發展趨勢進行了展望。希望通過本文的研究和分析，可以對我國慣性導航技術的進一步應用起到一定的借鑒意義和促進作用。

【關鍵詞】慣性導航技術 新應用 發展趨勢

在慣性導航中，陀螺儀是其中的核配件，因此我們可以將慣性當行技術的發展按照陀螺儀的研究和出現順序將慣性導航技術分為四個發展時期從目前的情況來看，慣性技術的發展正處在第四代的發展時期，其根本目標是高精度、低成本、微型化、數字化、范圍化以及高度可靠性的實現。

1 慣性導航技術在艦船導航中的最新應用

1908年3月，誕生了世界上最早的一臺陀螺羅經，并第一次應用到航海領域，發展至今，陀螺儀已經有了百年之久的發展歷史，目前已初步成熟。目前來說，世界上最先進的艦船慣性導航技術主要有兩種，分別為ESG導航儀以及基于RLG和FOG的慣性導航技術。具體內容如下：

首先是ESG導航儀，這種導航技術可以有效的滿足類似于潛艇類高級艦船的的自主式慣性導航技術。但是從其系統的復雜程度以及制作的成本來看，是處于相對較高的水平的，因此也導致了這種慣性導航技術的應用和普及范圍相對較窄。

除此之外是基于RLG和FOG技術的慣性導航技術，這項導航技術可以在很大程度上滿足大多數船舶航海導航的精確性要求，目前正逐漸的取代轉子式陀螺儀。

早在上世紀八十年代，Sperry Marine公司就開始了關于激光式艦用陀螺慣性導航系統系統的研究和制造，發展到至今也取得了突破性的進展，即目前被廣泛應用在北大西洋公約組織的艦船和潛艇的標準RLG艦用慣性導航系統-Sperry MK49以及在美國海軍的潛艇、航空母艦等廣泛應用的以第3代RLG技術為根基的MK39 3A型慣性導航技術，其中特別是MK39 3A型慣性導航技術不僅可以滿足艦艇對導航的精準性及可靠性需求，同時還可以最大程度的為其火力控制系統提供更加精準的位置、姿態、方向和速度等信息和數據。目前的MK39慣性導航系統已經被世界上多達24個國家采用。

2 慣性導航技術發展前景

2.1 慣性導航系統發展及設計的主要影響因素

2.1.1 具有針對性且可以充分滿足各項需求

對于慣性導航技術來說，其最重要的兩個特性指標主要是成本價格、導航性能。其中價格成本主要包括整個系統自身的成本、維護保養成本等;而導航的性能則是包括導航的精確性、連續完整性以及易操作性等方面。正因為如此，在目前大多數導航系統的應用中既要考慮合理的價格，又要重視其性能的優越性。

2.1.2 實際應用環境的適應性

在慣性導航系統的實際應用中，系統的可用性、能耗、可靠性等方面可能會受到應用環境的影響。

2.1.3 系統的通用性方面

盡可能的保證慣性導航技術可以試用在更多的應用領域，通用性更高。

2.2 慣性測量系統中傳感器的發展趨勢分析

從目前的現狀來看，現有慣性導航系統中的慣性傳感器已經可以最大程度的充分滿足當前各式各樣導航任務的要求和標準。但是從某種程度來說，其成本、體積以及能耗等方面在很大程度上影響著慣性導航系統相應的參數指標。因此，傳感器未來發展的主要方向和目標就是降低成本、縮小體積、減小重量、減少能耗等方面，具體內容如下：

2.2.1 工藝和材料方面

一方面是工藝方面，相關的生產商要轉變高勞動密度型生產模式為低勞動密集型，采用自動化生產和批量處理技術;另一方面是生產材料方面，盡可能的選用硅片、石英或者是結合光電材料等來制造傳感器。

2.2.2 生產成本

主要包括生產產品的成本以及操作或維護保養等費用。隨著自動化生產和批量生產的普及和應用，傳感器的成本越來越低。

2.2.3 體積

慣性導航系統中的測量傳感器向著重量輕、體積小的方向發展，未來甚至一些慣性傳感器甚至無法用肉眼識別，例如NEMS和光學NEMS等。

2.2.4 研究熱點

一般來說，慣性導航系統器件的研究主要集中在三個方面：

（1）小型MEMS慣性器件的性能提升;

（2）其膠裝的有效性;

（3）光學傳感器的研究，如采用集成光學的FOG的研究。

2.2.5 總的發展趨勢

不管是任意凈度級別的慣性器件，都可以實現體積小、價格低以及性能優越等方面。

3 結束語

總而言之，在慣性導航系統及其相關器件的研究和制造方面，在未來很長的一段時間里，體積小、價格低的MEMS慣性傳感器且精度高和性能高的FOG必然會受到全世界相關方面的焦點和關注！特別是在進入21世紀以來，計算機技術以及其他高科技技術的高速發展和應用，捷聯式慣性導航系統誕生并得到了極大的普及和應用，逐漸的替代了平臺式的導航系統。從目前的情況來看，慣性導航系統是目前全世界唯一一種可以實現導航方式完全自主化的導航系統，其可以不依賴任何的外界信息就可以充分的滿足各方面的需要，未來其必將會得到更深層次的應用。從目前的形式來看，隨著對高性能自主導航系統的應用需求不斷增強以及多模GNSS技術的大范圍普及和應用，未來組合導航系統也會逐漸的取代純粹的INS成為全國乃至全世界的主要導航手段之一。

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