慣性導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

于宏波 王旭東

摘 要：隨著當(dāng)前我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們逐漸加強(qiáng)了對(duì)導(dǎo)航技術(shù)的關(guān)注，目前，慣性導(dǎo)航技術(shù)是頗受好評(píng)的導(dǎo)航技術(shù)之一，該技術(shù)不僅具有較強(qiáng)的隱蔽性，而且相較于其他的導(dǎo)航技術(shù)來(lái)說(shuō)，慣性導(dǎo)航技術(shù)還能夠完整的獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，具有一定的自主性。本文先講述了常用的慣性儀表，然后講述了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的分類、慣性導(dǎo)航技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，最后闡述了慣性導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：發(fā)展;應(yīng)用;慣性導(dǎo)航技術(shù)

引言：慣性導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用主要是根據(jù)相應(yīng)的慣性原理，結(jié)合加速度計(jì)和陀螺儀等常用的導(dǎo)航硬件，利用信息技術(shù)等物理知識(shí)形成的導(dǎo)航參數(shù)解算技術(shù)，當(dāng)前慣性導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)在民事和軍事上得到了廣泛的應(yīng)用，而該技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上促進(jìn)了我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。

1 慣性儀表

1.1陀螺儀

陀螺儀有兩個(gè)特點(diǎn)，第一個(gè)特點(diǎn)是其具有進(jìn)動(dòng)性，陀螺儀在受到外力的作用下，其內(nèi)部的陀螺轉(zhuǎn)子就會(huì)偏移原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向做出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)特點(diǎn)是陀螺儀具有一定的定軸性，如果陀螺儀在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中沒(méi)有外力作用的影響，那么陀螺儀轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)方向?qū)?huì)是恒定的。根據(jù)陀螺儀的這兩大特點(diǎn)，人們?cè)谑褂猛勇輧x的過(guò)程中，可以利用陀螺儀來(lái)測(cè)定相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方向。當(dāng)前，我國(guó)相應(yīng)的科研人員已經(jīng)將陀螺儀的實(shí)際運(yùn)用情況進(jìn)行了分類，分別是三種狀態(tài)，靜電陀螺、激光陀螺和振動(dòng)陀螺，而這三種陀螺在各個(gè)領(lǐng)域都已經(jīng)得到了廣泛的運(yùn)用。

1.2加速度計(jì)

對(duì)于陀螺儀來(lái)說(shuō)，加速度計(jì)是為了能夠獲取運(yùn)動(dòng)物體的加速度信息。一般情況下，如果我們假設(shè)加速度計(jì)一直保持垂直的狀態(tài)，那么則意味著運(yùn)動(dòng)物體在此過(guò)程中只受到自身重力的影響。而如果想要得知運(yùn)動(dòng)物體的加速度數(shù)值，那么就需要先測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的真實(shí)質(zhì)量，然后這樣就可以知道運(yùn)動(dòng)物體所受到的作用力，最后可以完成運(yùn)動(dòng)物體加速度的計(jì)算了。

2 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的分類

一般情況下，人們都會(huì)根據(jù)導(dǎo)航坐標(biāo)系將慣性導(dǎo)航系統(tǒng)分為以下兩種情況，第一種叫做捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，另一種叫做平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其中捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)主要是運(yùn)用加速度計(jì)和陀螺儀，該慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用需要將加速度計(jì)和陀螺儀全部安裝到相應(yīng)的物體上，這樣就能夠直接計(jì)算出運(yùn)動(dòng)物體的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系數(shù)。另外，由于捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是運(yùn)用數(shù)學(xué)方法來(lái)建立相應(yīng)的坐標(biāo)系的，所以這一導(dǎo)航系統(tǒng)往往不需要運(yùn)用相應(yīng)的平臺(tái)，本身就具有一定的穩(wěn)定性，再加上其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，所以在許多領(lǐng)域都得到了廣泛地應(yīng)用。但是由于捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)往往會(huì)涉及到較大的計(jì)算量，這就需要運(yùn)用到高效的算法，否則該導(dǎo)航系統(tǒng)是無(wú)法正常使用的。而平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)主要是運(yùn)用加速度計(jì)，將加速度計(jì)安裝在穩(wěn)定的平臺(tái)上，但是在此過(guò)程中這一穩(wěn)定的平臺(tái)自身需要陀螺儀進(jìn)行控制，只有這樣才能有效地保證這一平臺(tái)的穩(wěn)定性，同時(shí)導(dǎo)航坐標(biāo)系還需要與物理平臺(tái)保持水平一致，因?yàn)橹挥羞@樣才能夠展開(kāi)相應(yīng)的導(dǎo)航。但是由于平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)本身具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大的不足，所以當(dāng)前平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)陸續(xù)被捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)所替代[1]。

3 慣性導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用

3.1慣性導(dǎo)航技術(shù)在軍事上的應(yīng)用

目前，慣性導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)在軍事上得到了有效的應(yīng)用。當(dāng)前，人們主要是通過(guò)運(yùn)用分加速度計(jì)和陀螺儀制成兩個(gè)自由的陀螺儀來(lái)形成相應(yīng)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。其實(shí)在二戰(zhàn)期間，這一慣性導(dǎo)航系統(tǒng)就已經(jīng)得到了應(yīng)用，其主要應(yīng)用在導(dǎo)彈的制導(dǎo)上。而隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，該慣性導(dǎo)航技術(shù)的性能也得到了提升，所以慣性導(dǎo)航系統(tǒng)也越來(lái)越成熟，當(dāng)前已經(jīng)應(yīng)用于軍事上的戰(zhàn)斗機(jī)、飛行器以及激光瞄準(zhǔn)設(shè)備中，大大促進(jìn)了我國(guó)軍事領(lǐng)域的發(fā)展。

3.2組合導(dǎo)航技術(shù)

組合導(dǎo)航技術(shù)主要是通過(guò)在運(yùn)動(dòng)物體上安裝多個(gè)導(dǎo)航設(shè)備來(lái)為相關(guān)工作人員提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，而這種數(shù)據(jù)信息往往都是重復(fù)的。在這一情況下，相關(guān)工作人員就能夠充分地了解運(yùn)動(dòng)物體的速度、相對(duì)位置等要素，從而獲得更多的導(dǎo)航信息。而由于不同的導(dǎo)航設(shè)備之間存在一定的差異，所以選擇運(yùn)用組合導(dǎo)航技術(shù)就能夠有效地補(bǔ)足導(dǎo)航設(shè)備存在的不足之處，不僅使獲得的數(shù)據(jù)信息更加準(zhǔn)確，而且還大大提升了信息的獲取速率。現(xiàn)階段，將慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS相結(jié)合是最為有效的導(dǎo)航方式，這是因?yàn)閼T性導(dǎo)航技術(shù)抗干擾能力較強(qiáng)、傳輸信息速度較快，在一些GPS信號(hào)弱的山洞等地方可以有效地為運(yùn)動(dòng)物體提供相應(yīng)的導(dǎo)航信息，而GPS可以有效地矯正運(yùn)動(dòng)物體的移動(dòng)位置等等，從而實(shí)現(xiàn)更加精確的定位[2]。

4 慣性導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前，許多導(dǎo)航技術(shù)都已經(jīng)被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，未來(lái)慣性導(dǎo)航技術(shù)也會(huì)進(jìn)一步的發(fā)展，主要是為了滿足廣大群眾的實(shí)際需求。在未來(lái)，慣性導(dǎo)航技術(shù)會(huì)繼續(xù)在GNSS信號(hào)盲區(qū)或是更加復(fù)雜的環(huán)境中使用，為廣大群眾提供更加可靠、持續(xù)的定位服務(wù)。同時(shí)，該導(dǎo)航技術(shù)也會(huì)在民用市場(chǎng)得到應(yīng)用，而在這一領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)使慣性導(dǎo)航技術(shù)呈現(xiàn)出低成本、小型化的發(fā)展模式，例如在汽車中應(yīng)用慣性導(dǎo)系統(tǒng)。另外，相關(guān)的工作人員也可以利用新工藝和新材料來(lái)優(yōu)化陀螺儀和加速度計(jì)，使慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的性能可以不斷提升[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)作為當(dāng)前唯一的一種全自主的導(dǎo)航系統(tǒng)，與其它技術(shù)具有無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)，所以慣性導(dǎo)航技術(shù)具有很高的研究?jī)r(jià)值，在未來(lái)也會(huì)陸續(xù)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。因此，我們當(dāng)前要做的就是加強(qiáng)對(duì)慣性導(dǎo)航技術(shù)的研究和發(fā)展，使其能夠在未來(lái)為廣大群眾提供更加便利的服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚鵬輝.慣性導(dǎo)航技術(shù)介紹及應(yīng)用發(fā)展研究[J].科技視界，2016：157+178.

[2]譚祖鋒.慣性導(dǎo)航技術(shù)的新進(jìn)展及其發(fā)展趨勢(shì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019：92.

[3]趙浩然，焦陽(yáng)，王真亮.慣性導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用[J].科學(xué)與財(cái)富，2017：111-111.

作者簡(jiǎn)介：

于宏波 （1982—）男，黨員，籍貫：吉林農(nóng)安，學(xué)歷：本科， 中國(guó)人民解放軍91412部隊(duì)，工程師，從事裝備修理管理工作。

王旭東（1982—）男，黨員，籍貫：江蘇鹽城，中國(guó)人民解放軍92236部隊(duì) ，工程師，從事裝備修理管理工作。