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亚美体育官网app|惯性导航系统深度陈诉:现代军事系统的焦点技术产物

发布日期:2022-04-28 10:25

本文摘要:什么是惯性导航惯性导航系统(INS)是一种自主式的导航设备,能一连、实时地提供载体位置、姿态、速度等信息;特点是不依赖外界信息,不受气候条件和外部种种滋扰因素。惯性导航及控制系统最初主要为航空航天、地面及海上军事用户所应用, 是现代国防系统的焦点技术产物,被广泛应用于飞机、导弹、舰船、潜艇、坦克 等国防领域。 随着成本的降低和需求的增长,惯性导航技术已扩展到大地丈量、 资源勘察、地球物理丈量、海洋探测、铁路、隧道等商用领域,甚至在机械人、摄像机、儿童玩具中也被广泛应用。

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什么是惯性导航惯性导航系统(INS)是一种自主式的导航设备,能一连、实时地提供载体位置、姿态、速度等信息;特点是不依赖外界信息,不受气候条件和外部种种滋扰因素。惯性导航及控制系统最初主要为航空航天、地面及海上军事用户所应用, 是现代国防系统的焦点技术产物,被广泛应用于飞机、导弹、舰船、潜艇、坦克 等国防领域。

随着成本的降低和需求的增长,惯性导航技术已扩展到大地丈量、 资源勘察、地球物理丈量、海洋探测、铁路、隧道等商用领域,甚至在机械人、摄像机、儿童玩具中也被广泛应用。差别领域使用惯性传感器的目的、方法大致相同,但对器件性能要求的侧 重各不相同。

从精度方面来看,航天与航海领域对精度要求高,其一连事情时间 也长;从系统寿命来看,卫星、空间站等航天器要求最高,因其发射升空后不行 更换或维修;制导武器对系统寿命要求最短,但可能须要满足长时间战备的要求。涉及到军事应用等领域,对可靠性要求较高。获取本文完整陈诉请百度搜索“乐晴智库”。

惯性导航 的事情原理惯性导航系统是一种自主式的导航方法,它完全依靠载体上的设备自主地 确定载体的航向、位置、姿态和速度等导航参数,而不需要借助外界任何的光、 电、磁等信息。惯性导航是一门涉及细密机械、盘算机技术、微电子、光学、自动控制、质料等多种学科和领域的综合技术。其基本事情原理是以牛顿力学定律为 基础,通过丈量载体在惯性参考系的加速度、角加速度,将它对时间举行一次积 分,求得运动载体的速度、角速度,之后举行二次积分求得运动载体的位置信息 ,然后将其变换到导航坐标系,获得在导航坐标系中的速度、偏航角和位置信息等。

百度搜索“乐晴智库”,获得更多行业深度研究陈诉惯性导航系统分类惯性导航系统凭据陀螺仪的差别,可分为机电(包罗液浮、气浮、静电、 挠性等种类)陀螺仪、光学(包罗激光、光纤等种类) 陀螺仪、微机械(MEMS)陀螺仪等类型的惯性导航系统。凭据惯性导航系统 的力学编排实现形式又可以分为 :平台式惯性导航系统和 捷联式惯性导航系统。平台式惯性导航系统是将陀螺仪和加速度等惯性元件通过万向支架角运动 隔离系统与运动载物固联的惯性导航系统。

,其惯性丈量装臵(加速度计和陀螺仪)安装在机电导航平台上,以平台坐标系为基准,丈量运载体运动参数。平台式 惯性导航系统通过框架伺服系统隔离了载体的角运动,因此可以获得较高的系统精度。

捷联式惯性导航系统,其惯性丈量装臵(加速度计和陀螺仪)直接装在飞 行器、舰艇、导弹等载体上,载体转动时,加速度计和陀螺仪的敏感轴指向也追随转动。陀螺仪丈量载体角运动,盘算载体姿态角,从而确定加速度计敏感轴指向。

再通过坐标变换,将加速度计输出的信号变换到导航坐标系上,举行导航盘算。现在,平台惯导系统已经到达了很高的水平,可是其造价、维修用度十分 昂贵,而且其接纳了框架伺服系统,相对可靠性将会下降。捷联式惯性导航技术是 20世纪 60 年月生长起来的,将惯性丈量装臵直接安装在载体而非机电平台上,以数学平台取代机电式导航平台的导航技术,捷联系统惯性丈量装臵便于安装 、维修和更换,体积小,是惯性导航技术的一个重要生长偏向。可是,捷联系统 由于把惯性丈量装臵直接牢固在载体上,导致惯性丈量装臵事情情况恶化,降低 了系统的应用精度。

惯性器件惯性导航系统通常由惯性丈量装臵、盘算机、显示器等组成。惯性丈量装 臵由两大焦点惯性元器件组成:加速度计和陀螺仪。

三个自由度的陀螺用来丈量 航行器的角加速度,三个加速度计用来丈量航行器的加速度,盘算机通过测得的 角加速 度和加速度数据盘算出航行器的速度和位子数据。性能先进的惯性器件是 先进惯性导航系统的前提。陀螺仪传统意义上的陀螺仪是安装在框架中绕回转体的对称轴高速旋转的物体。陀螺仪具有稳定性和进动性,使用这些特性制成了敏感角速度的速率陀螺和敏感 角偏差的位置陀螺。

由于光学、MEMS 等技术被引入于陀螺仪的研制,现在习惯上把能够完成陀螺功效的装臵统称为陀螺。陀螺仪种类多样,按陀螺转子主轴所具有的进动自由度数目可分为二自由 度陀螺仪和单自由度陀螺仪;按支承系统可分为滚珠轴承支承陀螺,液浮、气浮 与磁浮陀螺,挠性陀螺(动力调谐式挠性陀螺仪),静电陀螺;按物理原理分为使用高速旋转体物理特性事情的转子式陀螺,和使用其他物理原理事情的半球谐振 陀螺、微机械陀螺、环形激光陀螺和光纤陀螺等。凭据其精度规模大致分为超高精度陀螺仪、中高精度陀螺仪和低精度陀螺 仪。

超高精度陀螺仪指精度规模在 10-6 o/h~5*10-4 o/h 规模内的陀螺仪,主要包罗液浮陀螺、静电陀螺等,现在最高精度的陀螺仪是静电陀螺仪。中高精度陀螺 仪指精度在 5*10-4 o/h~10-1 o/h 的陀螺仪,现在最有生长前景的陀螺仪是光学陀螺仪,激光陀螺属于第一代光学陀螺,光纤陀螺属于第二代光学陀螺,最近几年 ,由于光纤陀螺在精度、性能和尺寸上具有更大的潜力,越来越受到各国军方的 青睐。低精度陀螺仪是指精度规模凌驾 10-1 o/h 的陀螺仪,现在生长前景较好的是MEMS 陀螺仪,虽然精度低,但低廉的价钱使其具有辽阔的应用前景。

机电陀螺机电陀螺是传统的第一、二代陀螺仪,主要包罗第一代液浮、气浮、磁悬浮陀螺,以及挠性、静电品级二代陀螺。机电陀螺的配合点在于转子都是安装在框 架中绕回转体的对称轴高速旋转,属于刚体转子陀螺仪,差别点在于支撑系统不 一样。

第一代液浮、气浮、磁悬浮陀螺精度虽高,但结构庞大,制造难题、成本 很高。随着惯性导航系统的推广,尤其是在飞机上的广泛应用,寻求一种中高精 度、但结构简朴、成本较低的陀螺成为其时迫切需要解决的问题。挠性陀螺60 年月初,泛起了一种新颖支撑原理的挠性陀螺解决了第一代陀螺仪的问题。挠性陀螺的转子使用挠性讨论支撑,去除了支承轴上的摩擦滋扰力矩,具有体积小、重量轻、可靠性高、成本低、能够消除支承摩擦的优点,现在应用规模广 泛,从平台式到捷联式,从飞机、导弹到舰船、航天航行器均有所应用。

静电陀螺静电陀螺是应用电场原理,在超真空的腔体内由静电场发生的吸力来支承 球形转子的一种自由转子陀螺,和挠性陀螺同属第二代陀螺仪。静电陀螺技术是 当今世界上最高精度的惯性技术,现在世界上只有美国、俄罗斯、法国和中国掌 握并乐成地应用了这一技术。

静电陀螺惯性系统价钱昂贵、结构体积较为庞大, 一般应用在弹道导弹核潜艇或航空母舰上。光学陀螺光学仪器被用来丈量地球的转动始于 1913 年法国物理学家 Sagnac 提出的 Sagnac效应,真正实用的激光陀螺在 1963 年研制乐成。

今后,基于 Sagnac 效应的光学陀螺迅速生长,激光陀螺和光纤陀螺是现在军事应用领域使用最广泛的陀 螺,以其为主要惯性器件的捷联惯性导航系统更是逐步取代成本高昂的基于机电 陀螺的平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统。加速度计加速度计是惯性导航系统的另一焦点元件。加速度计是用来感测运动载体 沿一定偏向的较量的惯性器件,可以丈量出加速度和重力,从而盘算载体的速度和位臵。

加速度计的分类:根据输入与输出的关系可分为普通型、积分性和二次积 分型;按物理原理可分为摆式和非摆式,摆式加速度计包罗摆式积分加速度计、 液浮摆式加速度计和挠性摆式加速度计,非摆式加速度计包罗振梁加速度计和静 电加速度计;按丈量的自由度可分为单轴、双轴、三轴;按丈量精度可分为高精 度(优于 10-4m/s2)、中精度(10-2 m/s2–10-3 m/s2)和低精度(低于 0.1m/s2)三类。世界惯性导航市场的生长格式世界惯性 导航的生长历程由于陀螺仪是惯性导航的焦点部件,因此,可以按种种类型陀螺泛起的先 后、理论的建设和新型传感器制造技术的泛起,将惯性技术的生长划分为四代。惯性导航技术的生长历史如图表 19 所示,折线下方为该阶段建设的主要技术理论,上方为各阶段泛起的惯性器件及其精度。

不外,惯性技术生长的各阶段之间 并无显着界线。世界惯性导航市场格式美国国防部把从事惯性技术领域研究和开发的国家分为 4 个条理:属于第一条理的有美国、英国和法国;属于第二条理的有俄罗斯、德国、以色列和日本 ;属于第三条理的有中国、澳大利亚、加拿大、瑞典、乌克兰;属于第四条理的有韩国、印度、巴西、朝鲜、瑞士、意大利等。所谓第一条理就是完全具备自主研 究和开发惯性技术能力的国家,第二条理的国家是指具备大部门的自主研发能力的国家,第三条理的国家是指具备部门研发能力的国家,第四条理的国家是指具备 很有限的从事惯性技术研发能力的国家。


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