惯性导航传感器

在诸多导航应用领域,最重要的需求并非是提高导航系统的精度／性能,而是在满足性能需求的前提下降低成本、减小体积。特别是小型导航传感器使得制导、导航、控制产品应用到以前认为不可能的应用场合的时候（如炮弹、制导弹药）。环形激光陀螺（RLG）、光纤陀螺（FOG）和微机电系统（MEMS）陀螺及加速度计这三大技术推动了导航技术在军事和商业领域的发展。环形激光陀螺和光纤陀螺已经成熟,但后者仍在持续发展,MEMS技术则是一个非常活跃的研发领域。本文对于这几方面的进展情况都将进行描述,重点放在MEMS传感器的设计和性能方面,与特定传感器性能相关的一些的推动因素将被提及。文章的最后对各种传感器技术的未来发展及应用进行了预测。     

光纤陀螺的关键技术及其军用研究

光纤陀螺是光纤技术中一个核心部件,它有许多其它陀螺仪无法取代的突出优点,因而在近、中程导弹、舰艇、潜艇、反潜武器以及卫星和宇宙飞船等航天、航空、航海和兵器领域中得到广泛应用。本文主要论述光纤陀螺的工作原理、突出优点、关键枝术和解决途径以及军用研究。     

MEMS和导航级MEMS惯性传感器

介绍了MEMS技术的原理及其设计与制造技术,重点介绍了导航级MEMS惯性传感器的发展和应用现状,最后阐明自主研发是我国导航级MEMS惯性传感器发展的唯一道路。     

应用于精确制导弹药的多孔径传感器

为满足美国陆军和空军对光学传感器的低成本、高性能要求,提出了一种多孔径传感器方案,这种传感器能够用于精确制导弹药的精确制导。杭尼韦尔公司的多孔径传感器有许多小孔径。在每一个小孔径后边有一个低成本单元红外探测器。这种多孔径传感器既能保持一个高分辩率中心区,又能提供一个宽视场。对低成本弹药很有吸引力。该公司已建造了原理验证试验设备并已在试验室进行验证工作。     

激光陀螺的发展及其应用前景

本文在简述激光陀螺发展状况以后,介绍了第一代激光陀螺,应用范围及其当前面临的问题。最后对激光陀螺在惯性领域里的发展前景提出了看法。     

低成本中程地地导弹系统的数字制导与控制

本文介绍了有关数字制导与控制的一些问题,它们是在红石兵工厂美国陆军惯性制导与控制理事会(MIRADCOM)进行的简化惯性制导验证计划(SIG-D)中遇到的。SIG-D 是一个验证低成本地-地武器系统的计划。这种武器系统使用的是环形激光陀螺捷联惯性系统。为使飞行器攻角减至最小,采用比例加积分型的制导规律。在数字自动稳定功能中,考虑了为克服弯曲变形的陷井滤波器和气动作动系统的非线性反冲特性。为了验证设计和考核软件,用数字模拟、混合模拟以及回路中加硬件等方法,进行了各种仿真运算。     

二频激光陀螺

本文专述二频激光陀螺。阐述激光陀螺工作原理,读出装置,误差因素,以及二频激光陀螺产生锁区的原因和避开锁区的各种方法。     

一种惯性导航与瞄准线稳定组合的陀螺平台设计

阐述了惯性导航平台与瞄准线稳定平台对稳定回路设计的不同要求。针对雷达／惯性中段制导、红外末段制导的需要,设计一种惯性导航与瞄准线稳定组合的三轴陀螺平台,惯性测量器件与红外探测器件均置于平台之上。平台选用速率陀螺反馈,通过极点配置的方法设计了一种PⅡ2加前置滤波器的校正形式,能够实现较大的平台进动速率和保证平台稳定角度无静差。获得了较好的动静态性能,实验验证同时满足了惯性导航系统与瞄准线稳定系统的性能要求。     

利顿公司的 11cm 三轴零闭锁陀螺

在过去的１０年中，利顿公司开发的零闭锁环形激光陀螺具有随机游走噪声低，刻度系数线性度高的特点。介绍的小型三轴陀螺完全继承了上述优点，它采用菱形１２面体结构，能容纳具有正交敏感轴的三个非平面的环形激光光路，并采用双阳极单阴极激励来驱动三个轴，这种布局能大大减少元件的数量。另外，利顿还采用先进的镀膜技术来生产具有大入射角、极低损耗的增透膜。用一个反置镜片作为法拉第室，加以外置式磁铁，这就大大简化了三轴陀螺的结构。运用上述技术生产出的陀螺在体积、随机游走、刻度系数、分辨率、动态范围等特性方面都具有现有其它技术无法达到的水平，十分适用于下一代的定位跟踪系统。     

激光陀螺惯性组合综合性能自动测试系统的设计与实现

介绍了激光陀螺惯性组合综合性能自动测试系统的总体设计方案,并分别说明硬件和软件的具体实现方法。该测试系统通过与被测激光陀螺惯性组合在电气上的直接连接,能够自动完成激光陀螺惯性组合的测试和标定工作,并自动分析、处理数据。     

MEMS陀螺/磁传感器复合弹丸姿态测量

针对弹体高速旋转下一个微机械陀螺和磁传感器组合无法测量弹丸姿态角的问题,用磁传感器和微机械陀螺构建了新型低成本姿态探测系统。该系统由两个微机械陀螺和一个三轴磁传感器组成,通过测量弹体三轴磁场强度、双轴角速度,实现姿态探测。计算机仿真分析表明:该姿态测量系统可以准确地捕捉到弹体姿态角,实现高速旋转下弹体的姿态测量。     

捷联惯导与导航卫星组合技术的发展趋势

惯性技术逐渐从平台系统过渡到捷联系统,从机械转子陀螺向固态陀螺发展,以惯性技术为基础的组合导航系统得到了重视和发展,介绍了捷联系统和组合导航系统在发展过程存在的各种技术问题和解决这些技术难题的技术途径。     

捷联式惯导系统用先进陀螺仪

本文讨论了各种陀螺的功能特性,应用范围及发展前景。     

灵巧弹药的开发更加依赖MEMS技术

美国的军事系统设计人员正在使越来越多的导弹和弹药“灵巧化”,他们更加依赖于微机电系统(MEMS)技术,以减少弹药的尺寸和成本,提高远程攻击精度和杀伤力。同样的技术可用于灵巧或精确制导弹药,尽管两种武器不同。     

用于微型弹药的MEMS惯性测量装置

美国NJM公司正在采用微机电系统(MEMS)技术开发战术级惯性测量装置(IMU)，预计其成本将大大降低，体积也很小，并使用比当前装置更低功率的电源。这种装置可装备如美国海军的127mm EX71增程制导弹药(ERGM)及美国陆军的155mm XM982弹药，其它应用还包括无人机和人工导航系统。     

卫星定位/惯性导航技术的发展趋势及其在军民系统中的应用

着重叙述了在美国航宇学会（ＡＩＡＡ）１９９７年制导导航与控制（ＧＮＣ）会议上反映的卫星定位／惯性组合导航技术（主要是ＧＰＳ／ＩＮＳ）和新型惯性器件的发展趋势及其在军用平台及武器中的应用前景，预测ＧＰＳ／ＩＮＳ系统近期可以达到１ｍ的极限精度并对这种系统的抗干扰问题进行了论述。还对新型惯性器件的发展方向作了介绍，重点介绍：１）高精度光纤陀螺（ＰＦＯＧ）的最近进展，其漂移率可达＜０．００１（°）／ｈ，随机游走可达＜０．０００５（°）／ｈ，线性度＜５ｐｐｍ。可替代激光陀螺用于战略系统。２）微机电系统构成的固态微型陀螺、加速度表及惯性平台，它采用类似微电子技术的加工工艺，适合于批量生产，成本低，其性能在不断提高，为惯性技术广泛应用于军民系统开辟了广阔的前景。     

弹道导弹IMU斜装余度配置设计的系统性能分析

余度技术是提高导航系统性能的一种重要手段,本文对捷联惯性传感器多余度配置技术进行了研究。针对弹道导弹的特点,设计了适用于背景弹道使用的IMU:由3陀螺正交配置的4加速度计斜装配置构成。分析了影响惯性传感器输出的主要因素,建立了惯性传感器的误差模型,研究了斜装对传感器测量的多重影响,尤其是它对非线性误差的较大改善。在此基础上,设计了具有余度配置结构的惯性测量装置(IMU)．针对该IMU,建立了余度配置系统的标定模型。仿真结果表明,采用该IMU的弹道导弹导航性能显著提高,在现有器件精度下有效提高了系统的精度和可靠性。     

基于磁阻和MEMS加速度传感器的电子罗盘设计及应用

在简单介绍了姿态角和地磁场的基础上,分析了电子罗盘工作原理,设计了基于磁阻传感器、MEMS加速度传感器及SoC(System on Chip) MCU的电子罗盘。根据其构成的主要器件,分析、补偿和计算了系统误差。该电子罗盘具有体积小、重量轻、功耗低、价格低和精度高等优点。试验结果表明其能够很好地用于微型和超小型飞行器的姿态控制与导航。     

基于MEMS技术的惯性测量器件及系统的发展现状和应用

简要描述了MEMS系统的特点,介绍了基于MEMS技术的惯性测量器件及系统在国外的发展现状及应用情况,从武器系统低成本、小型化、高可靠性的发展趋势说明了武器系统中使用MEMS技术的必要性,同时根据武器系统对惯性测量器件的要求,通过国外武器系统中的成功应用说明了MEMS技术在飞航导弹或无人机的控制系统中使用的可行性,最后针对国内MEMS技术的发展情况,对MEMS惯性测量器件及系统在武器系统中的应用提出了相关要求。