慣性技術(shù)是以力學(xué)、機(jī)械學(xué)、光電子學(xué)、控制學(xué)和計(jì)算機(jī)學(xué)等為基礎(chǔ)的多學(xué)科綜合技術(shù),具有自主、隱蔽、 抗干擾、實(shí)時(shí)、連續(xù)測(cè)量等眾多優(yōu)點(diǎn)。慣性技術(shù)在航空、航天、航海、陸地導(dǎo)航、各種戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù) 導(dǎo)航和民用領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。
“慣性”具有兩重含義,第一種是陀螺和加速度計(jì)服從牛頓力學(xué),基本工作原理是動(dòng)量矩定理和牛頓第二定理,即基本慣性原理;第二,作為測(cè)量元件時(shí)輸出量都是相對(duì)慣性空間的測(cè)量值,如角速度輸出是相對(duì)慣性空間的角速度,加速度輸出是絕對(duì)加速度。
在許多對(duì)導(dǎo)航性能要求苛刻的任務(wù)中無(wú)論是精度要求高還是可靠性要求高,任何單一的導(dǎo)航系統(tǒng)可能都無(wú)法滿足要求這就需要使用多種導(dǎo)航系統(tǒng)同時(shí)對(duì)運(yùn)載體進(jìn)行導(dǎo)航信息測(cè)量,再對(duì)所有測(cè)量信息作綜合處理(包括檢測(cè)、結(jié)合、相關(guān)和估計(jì)),從而得到更為準(zhǔn)確和可靠的導(dǎo)航結(jié)果。這種對(duì)多種導(dǎo)航信息作綜合處理的技術(shù)就稱為組合導(dǎo)航技術(shù)。從上述對(duì)慣導(dǎo)和衛(wèi)星導(dǎo)航的優(yōu)、缺點(diǎn)描述中可以看出,兩者性能具有非常強(qiáng)的互補(bǔ)性,因而慣性衛(wèi)星組合導(dǎo)航被公認(rèn)為是最佳的組合導(dǎo)航方案。
慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是以陀螺和加速度計(jì)為敏感器件的導(dǎo)航參數(shù)解算系統(tǒng),該系統(tǒng)根據(jù)陀螺的輸出建立起導(dǎo)航坐標(biāo)系,根據(jù)加速度計(jì)輸出解算出運(yùn)載體的速度和位置。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱慣導(dǎo)系統(tǒng))提供的信息主要有姿態(tài)、方位、速度和位置,甚至還包括加速度和角速率,這些信息可用于運(yùn)載體的正確操縱和控制。采用數(shù)學(xué)算法確定出導(dǎo)航坐標(biāo)系的系統(tǒng)稱為捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng);慣導(dǎo)直接安裝在載體上,沒(méi)有物理實(shí)體平臺(tái),可稱為數(shù)學(xué)平臺(tái)。
盡管所有類型的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理都是一樣的,但它們的實(shí)施卻有各種不同的形式。慣性導(dǎo)航技術(shù)的原始應(yīng)用都采用穩(wěn)定平臺(tái)技術(shù)。在這樣的系統(tǒng)里,慣性敏感器安裝在一個(gè)穩(wěn)定平臺(tái)上,并與運(yùn)載體的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行隔離。平臺(tái)系統(tǒng)現(xiàn)在仍然很常用,特別是在需要精確估算導(dǎo)航參數(shù)的場(chǎng)合(如船舶和潛艇)?,F(xiàn)代系統(tǒng)通過(guò)把敏感器固連(或固定)在運(yùn)載體的亮體上而去除了平臺(tái)系統(tǒng)大部分的機(jī)械復(fù)雜性。和等效的平臺(tái)系統(tǒng)相比,這種方法的潛在好處是成本降低、尺寸減小、可靠性提高。結(jié)果,小型、精確的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)在可以裝到小型導(dǎo)彈上,所帶來(lái)的主要問(wèn)題是計(jì)算復(fù)雜性顯著增加,而且需要能測(cè)量高轉(zhuǎn)速的器件。然而,計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步與造用敏感器的開(kāi)發(fā)相結(jié)合,使這種設(shè)計(jì)成為現(xiàn)實(shí)。[1]
這種慣性導(dǎo)航系統(tǒng)通常稱為"捷聯(lián)"慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。最近幾年,慣性導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展的主要特征,是逐步從穩(wěn)定平臺(tái)技術(shù)轉(zhuǎn)向捷聯(lián)技術(shù)。由于陀螺技術(shù)取得的進(jìn)展,捷聯(lián)系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣。由于小型速率積分陀螺、動(dòng)力調(diào)諧陀螺、新近的環(huán)形激光與光纖速率敏感器以及振動(dòng)陀螺的出現(xiàn),慣性技術(shù)的發(fā)展達(dá)到了新的里程碑。 MEMS(微型加工機(jī)電系統(tǒng),簡(jiǎn)稱微機(jī)電系統(tǒng))敏感器是一項(xiàng)令人振奮的技術(shù)進(jìn)展,它將使慣性導(dǎo)航的應(yīng)用范圍進(jìn)一步拓寬。捷聯(lián)系統(tǒng)正越來(lái)越多地應(yīng)用于飛機(jī)和導(dǎo)彈。最近,這項(xiàng)技術(shù)又應(yīng)用于船舶和潛艇。
[1]部分摘自David H.Titterton(英) John L.Weston(英)《捷聯(lián)慣性導(dǎo)航技術(shù)》(第二版) 工業(yè)出版社
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