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浅谈惯性导航技术与惯性导航传感器的发展与应用

惯性导航作为高新尖端技术,世界上只有为数不多的国家有能力研制惯性技术产品。由于惯性导航系统具有自主性、隐蔽性、抗干扰、导航信息连续性等独特优点,是众多武器系统必备导航设备,在国防科技中占有重要地位,是衡量一个国家科学技术和军事实力的重要标志之一。

 

在驶入深山隧道时,汽车上安装的惯性导航辅助系统定位导航作用会非常显著。资料图


惯性导航系统是指由陀螺仪、加速度传感器等惯性传感器及导航解算软件进行系统集成的系统级产品,陀螺仪及加速度传感器为核心器件,对系统精度起决定性作用。

惯性导航产品主要包括惯导系统、姿态参考系统、惯性测量单元等。其中,惯导系统(INS)可提供载体的加速度、角速度等三维运动参数,并且根据上述参数得出载体的位置、姿态等重要信息。姿态参考系统(AHRS)利用加速度传感器、陀螺仪以及电子罗盘对载体运动参数和方位进行测量,通过对测量值加以处理和计算,实现对载体的位置和运动状态进行实时跟踪监控。惯性测量单元(IMU)是利用加速度传感器和陀螺仪对载体加速度和角速度进行测量,以得到载体在惯性参考系下的运动和状态的装置。

 

   图为IMU测量模块,图中红色标记为美国PNI公司的SENtral芯片。该模块可用于室内盲区导航技术中。资料图


惯性导航最初为军用需求而设计,主要为航空、航天、地面及海上军事用户提供导航及控制服务,是现代国防系统的核心和关键技术产品,被广泛应用于军用飞机、导弹、舰艇、核潜艇及坦克等国防领域。2015年,我国用于研发以及国防装备的惯性产品市场容量将达到293亿元。

MEMS惯性传感器器件是继传统机械式惯性器件、光学惯性器件之后的第三代惯性器件,是实现高精度、高可靠性、低成本、小型化、高负载、应用领域更加广泛的导航系统的关键部件,代表着惯性器件的重要发展方向。除了传统惯导领域,未来更可应用到制导炮弹、智能弹药引信等新市场,空间新增近百亿。

一直以来,欧美国家在惯性导航产品方面经费投入较大,研究起步较早,技术及产品优势明显,但对华技术封锁及禁止出口。相对而言,我国惯性导航产品在技术水平和产品性能方面与发达国家还存在不少差距。近些年,我国在国防领域从事惯性技术产品研发及生产的企业已经由航天、兵器等几家军工研究所主导市场竞争格局,转为部分民营公司依靠自身技术优势和相对灵活的经营机制谋取市场发展机会,并逐渐奠定在国内惯性导航产业中的相对领先地位。

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