惯性技术的研究现状与发展趋势分析

江嘉宇

（长沙市雅礼中学，长沙410007）

惯性技术的研究现状与发展趋势分析

江嘉宇

（长沙市雅礼中学，长沙410007）

惯性技术是一种综合学科运动信息感知技术，惯性技术的核心和发展标志就是惯性导航技术，本文主要针对惯性技术的研究现状与发展趋势进行综合性分析。

惯性技术；研究现状；发展趋势

1 惯性技术的研究现状

惯性技术是以牛顿力学、光子电学为基础的一门自主、实时、无时间地域环境限制的综合学科运动信息感知技术。其涉及的领域包括航空航天、潜艇、导弹、测量等，属于国防关键技术。

惯性技术的核心和发展标志是惯性导航技术。导航技术利用惯性仪表同时测量载体运动的线加速度和角速度，实时算出载体的三位姿态、速度、位置等信息。惯性导航系统的实现平台主要有两种——平台式和捷联式。平台式主要跟踪载体的物理平台，通过平台环架上的姿态角传感器提供姿态信息；虽然该平台可以不需要承受载体角运动的影响，测量的动态误差相对降低了，但是其也同时具有可靠性低、体积大、成本高、维护不方便等缺点。捷联式惯性导航系统主要是通过计算机软件实现惯性平台功能，而非物理平台，姿态信息是通过计算机计算得来的。捷联系统因无法通过隔离载体角运动来计算，故其有庞大的数据需要计算，对计算机的速度和容量要求比较高。相对于平台技术，捷联技术可靠性高、体积小、成本低、维护方便，也可以通过计算机连接其他导航系统。捷联系统已经成为了现代惯性系统技术主要研究方案和发展趋势。

惯性导航系统可以应用在海陆空和地下等环境，具有信息全面、高度自主、优良的隐蔽性、信息实时、信息连续等优点。惯性导航系统是国防关键性技术，例如，在导弹的命中上70%的精度是取决于惯性导航系统的精度。同时越来越多的民用领域也开始采用惯性技术，如地质勘探、石油勘探、医疗设备，甚至是照相机手机也开始运用惯性技术。

但是惯性导航系统的误差会随着时间而积累，因此需要及时维护该系统，且维护成本较高。但是在几次高科技的战争中表明，惯性导航系统相对其他导航系统是可以穿越强电磁的干扰，持续的、稳定的在恶劣环境下进行工作。

对惯性技术的需求日益更新，这对惯性技术的发展提出了新的挑战，也促进了惯性技术往更多的方面思考，促使惯性技术在原理、方法、技术方面的不断创新和进步。

惯性系统技术至今已经发展了上百年，其主要核心仪表是陀螺仪和加速度计。其中陀螺仪表由于制作难度大，一直是惯性系统技术的重点研究对象。早期的惯性系统主要是平台式的，对陀螺仪和计算机要求较低；现在的捷联惯性系统提出了新的要求，需要“体积小、成本低、性能高”，故高精度光学陀螺仪逐渐运用广泛。我国的陀螺仪研制起步晚，但是进步大。虽然我国的转子式陀螺仪和MEMS惯性仪表还不及国际水平，但是我国的光学陀螺仪已经达到国际先进水平。在惯性系统的研究上，我国的滚珠轴承飞轮和磁悬浮轴承技术取得了飞跃式的进展。

2 惯性技术的发展趋势分析

由于各类的运动载体对惯性技术提出的新需求越来越多，所以惯性技术的思考方向和研究方向也变得宽阔。根据国内外的研究情况，惯性技术的发展趋势大概可以分为以下几个方面：

惯性仪表技术。由于转子式陀螺仪和光学陀螺仪的精度和稳定性还需要进一步的提高，故而新概念的惯性仪表不断地提出，例如晶体光纤陀螺、MEMS陀螺等。总地来说，这是对惯性仪表技术提出了新原理、新工艺的要求，促使惯性仪表技术向高精度小体积的方向发展。

惯性系统技术。由于惯性技术的国防方向和在一些环境恶劣的领域开始应用，这就要求惯性技术在稳定性和持续性上的性能越来越高。这个要求是要通过惯性系统的高精度、小体积、快速启动等功能实现。平台式惯性系统通过其控制技术来实现惯性系统的稳定性；捷联式惯性系统则通过数字化固态仪表和系统集成的一体化等技术使惯性系统达到应用领域的新要求。随着惯性系统技术的应用领域不断扩宽，该技术还将应用于行星间的惯性导航理论。

惯性测试与实验技术：测试技术测定和准确对惯性仪表和系统的误差系数，对惯性系统使用性能的提高起着关键性的作用。准确误差系数对惯性仪表的精细化起着保障的作用，只有误差系数确定好了，才能确保惯性仪器的性能一致。因此不断发展惯性测试与实验技术，才能更好的发展惯性系统技术。

新材料的技术。由于惯性系统技术的要求逐渐提高，为了满足惯性系统的新要求，除了需要新的原理和理论外，在仪器和元件的技术上也提出了新的要求。新材料的研究可以在技术上使得现有的平台式和捷联式惯性技术具有更好的稳定性，其陀螺仪拥有更小的体积。新的理论出来了，就必须有新的材料来实现，因此，新材料的技术是推动惯性技术发展的重要因素。

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［3］杨国梁，王玮，徐烨烽，等.旋转调制式激光捷联惯导安装误差分析与标定［J］.仪器仪表学报，2011，（02）：105-106.

［4］Gyurosi，Miroslav.Russia Develops Strap down Inertial Systems for Missiles［J］. Jane's Missiles and Rockets，2006，（11）：75-77.

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