机载惯性导航技术综述

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1、万方数据ReviewofAirbroneInertialNarigationTechnology1简介雷宏杰，张亚崇(西安飞行自动控制研究所，西安710065)～_[摘要】在论述机载惯性导航技术的技术特点和使用需求的基础上，分析了国内外典型机载惯导产品的现状和技术指标，同时概括了机载惯性导航技术面临的挑战，并就未来的发展趋势进行了讨论和展望。[关键词】惯性技术；惯性导航；组合导航[中图分类号】V249．32+3【文献标识码】A[文章编号】1003—5451(2016)01_0007-061．1惯性导航系统概述基于惯性元件(陀螺和加速度计)测量飞行器相对惯性空间的线运动和角运动参数进行载体

2、运动信息计算的惯性导航技术，是各种复杂电磁对抗环境下自主建立载体空间基准的唯一有效手段，也是实现现代精确导航、制导与控制的基础。当惯导系统与火控系统、武器投放系统、飞行控制系统、任务侦察设备等进行深度交联，可实现自动导航、增稳、自动着陆等能力，并可有效提高任务系统的精度和可靠性。因此，惯导技术已成为现代军用飞机、民航飞机航电系统的重要组成部分，是否装备惯导以及装备何种性能的惯导，是衡量飞机是否先进的重要指标之一。1．2机载惯性导航技术特征机载惯性导航技术具有非常鲜明的技术特征⋯：①优点：完全自主、无源性、实时

3、生强、输出参数全面惯性原理基础上的惯性导航系统，除了地球引力场和自转角速度这两

4、类先验导航环境外，不再需要其他任何外来信息，也不会向外辐射任何信息，依靠自身就能在全天候条件下，在全球范围和任何介质环境里自主、隐蔽地进行定位与导航，连续地提供角速度、加速度、姿态、速度和位置等多种导航信息。这种同时具备自主性、隐蔽性和能获取飞机完备运动信息的独特优点是诸如无线电导航、卫星导航和天文导航等其他导航系统无法比拟的，这些独特的优点使其成为机上的中心信息源，具有其他任何导航系统无法代替的地位。②缺点：误差随时间发散、成本高、初始对准时问长惯导本质上是一种航位推算系统，误差随时间积累，长时间工作误差会超出允许范围，甚至失去导航能力；惯性传感器的精度指标是决定产品价格的根本因素，一

5、般来讲机载惯导的价格比较昂贵；另外一点是初始对准时间较长，也会对载机快速反应和机动作战能力有一定影响。由于惯性是所有质量体的基本属性，所以建立在③提高性能的途径作者简介：雷宏杰，研究员，主要从事惯性导航，组合导航技术研究，先后多次获得国防与集团科技进步奖。·_7·万方数据机载惯性导航技术综述惯导的精度主要取决于惯性传感器——陀螺和加速度计的精度，因此提高惯导系统精度的主要技术途径一是提高惯性器件的精度或研制新型的惯性器件，如航空惯导所采用的陀螺已经历了机电陀螺(液浮陀螺、挠性陀螺)、光学陀螺(激光陀螺、光纤陀螺)、振动陀螺(MEMS陀螺)，目前的主要发展目标是基于物质波理论和量子物理学理

6、论的原子陀螺，理论精度可达5m／h。二是采用组合导航手段，利用导航误差不随时间积累的外部信息源对惯导进行校正，目前比较典型的组合方式主要包括惯性／无线电组合、惯性／卫星组合、惯性／天文组合、惯性／地形辅助导航等。1．3使用需求①基本导航需求机载惯导系统的基本功能是导航，即提供飞机的位置、速度、姿态、加速度、角速度等导航信息。目前可参考的机载惯性导航技术标准主要是美国军用规范SNU84—1《中等精度惯性导航装置规范》、GJB185A一2005《机载惯性导航系统通用规范》和GJB4859—2003《机载激光捷联惯性导航装置通用规范》，上述标准对机载惯导的外形尺寸、功能、性能等方面进行了详细的

7、规定，规定的惯导装置适用于各种军用飞机和民用飞机。②控制与制导需求在航空领域，随着航空电子综合化水平的提高，惯导与用于侦察、控制、火力打击等设备之间的信息耦合程度进一步加深，惯性信息已成为现代侦察一控制一打击环节中重要的组成部分，从传统单一的导航设备逐步演变为机载参考信息源。因此，现代飞机对惯性信息的依赖性更强，惯性信息在完成传统导航的基础上，还可用来进行外环飞行控制(如地形跟随／地形回避)、传感器引导和运动补偿、精确目标定位、武器初始化等功能，上述功能对于保证飞行安全、提升任务系统的效能具有重要作用。国外在总结不同战术应用特点的基础上，给出了支持典型应用的惯性设备等级及精度要求，详见表

8、1【2】。③成本、体积方面需求满足军事性能需求是机载惯导的首要技术目标，在此前提下，还需进行成本、体积、重量等方面的控制，尽量满足系统的高可靠性、小型化、低成本、低功耗等方面的要求，实现产品全寿命周期费用最低的目的。2典型机载惯导产品分析不同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。在航空领域，惯表1典型战术』、训眦￡能需求+：飞机重心状态估计(需要导航更新进行目标指示、获取及武器投放)；术术：局部状态