慣性導航技術的發(fā)展及其應用

于宏波 王旭東

摘 要：隨著當前我國科學技術的不斷發(fā)展，人們逐漸加強了對導航技術的關注，目前，慣性導航技術是頗受好評的導航技術之一，該技術不僅具有較強的隱蔽性，而且相較于其他的導航技術來說，慣性導航技術還能夠完整的獲取相應的數(shù)據(jù)信息，具有一定的自主性。本文先講述了常用的慣性儀表，然后講述了慣性導航系統(tǒng)的分類、慣性導航技術的實際應用，最后闡述了慣性導航技術的發(fā)展趨勢。

關鍵詞：發(fā)展;應用;慣性導航技術

引言：慣性導航技術的應用主要是根據(jù)相應的慣性原理，結合加速度計和陀螺儀等常用的導航硬件，利用信息技術等物理知識形成的導航參數(shù)解算技術，當前慣性導航技術已經在民事和軍事上得到了廣泛的應用，而該技術的應用在很大程度上促進了我國相關領域的發(fā)展。

1 慣性儀表

1.1陀螺儀

陀螺儀有兩個特點，第一個特點是其具有進動性，陀螺儀在受到外力的作用下，其內部的陀螺轉子就會偏移原來的運動方向做出相應的運動，另一個特點是陀螺儀具有一定的定軸性，如果陀螺儀在運動的過程中沒有外力作用的影響，那么陀螺儀轉子的運動方向將會是恒定的。根據(jù)陀螺儀的這兩大特點，人們在使用陀螺儀的過程中，可以利用陀螺儀來測定相應的運動方向。當前，我國相應的科研人員已經將陀螺儀的實際運用情況進行了分類，分別是三種狀態(tài)，靜電陀螺、激光陀螺和振動陀螺，而這三種陀螺在各個領域都已經得到了廣泛的運用。

1.2加速度計

對于陀螺儀來說，加速度計是為了能夠獲取運動物體的加速度信息。一般情況下，如果我們假設加速度計一直保持垂直的狀態(tài)，那么則意味著運動物體在此過程中只受到自身重力的影響。而如果想要得知運動物體的加速度數(shù)值，那么就需要先測量運動物體的真實質量，然后這樣就可以知道運動物體所受到的作用力，最后可以完成運動物體加速度的計算了。

2 慣性導航系統(tǒng)的分類

一般情況下，人們都會根據(jù)導航坐標系將慣性導航系統(tǒng)分為以下兩種情況，第一種叫做捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)，另一種叫做平臺式慣性導航系統(tǒng)，其中捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)主要是運用加速度計和陀螺儀，該慣性導航系統(tǒng)的應用需要將加速度計和陀螺儀全部安裝到相應的物體上，這樣就能夠直接計算出運動物體的坐標轉換系數(shù)。另外，由于捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)是運用數(shù)學方法來建立相應的坐標系的，所以這一導航系統(tǒng)往往不需要運用相應的平臺，本身就具有一定的穩(wěn)定性，再加上其結構簡單、體積小，所以在許多領域都得到了廣泛地應用。但是由于捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)往往會涉及到較大的計算量，這就需要運用到高效的算法，否則該導航系統(tǒng)是無法正常使用的。而平臺式慣性導航系統(tǒng)主要是運用加速度計，將加速度計安裝在穩(wěn)定的平臺上，但是在此過程中這一穩(wěn)定的平臺自身需要陀螺儀進行控制，只有這樣才能有效地保證這一平臺的穩(wěn)定性，同時導航坐標系還需要與物理平臺保持水平一致，因為只有這樣才能夠展開相應的導航。但是由于平臺式慣性導航系統(tǒng)本身具有結構復雜、體積大的不足，所以當前平臺式慣性導航系統(tǒng)已經陸續(xù)被捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)所替代[1]。

3 慣性導航技術的應用

3.1慣性導航技術在軍事上的應用

目前，慣性導航技術已經在軍事上得到了有效的應用。當前，人們主要是通過運用分加速度計和陀螺儀制成兩個自由的陀螺儀來形成相應的慣性導航系統(tǒng)。其實在二戰(zhàn)期間，這一慣性導航系統(tǒng)就已經得到了應用，其主要應用在導彈的制導上。而隨著我國科學技術的發(fā)展，該慣性導航技術的性能也得到了提升，所以慣性導航系統(tǒng)也越來越成熟，當前已經應用于軍事上的戰(zhàn)斗機、飛行器以及激光瞄準設備中，大大促進了我國軍事領域的發(fā)展。

3.2組合導航技術

組合導航技術主要是通過在運動物體上安裝多個導航設備來為相關工作人員提供相應的數(shù)據(jù)信息，而這種數(shù)據(jù)信息往往都是重復的。在這一情況下，相關工作人員就能夠充分地了解運動物體的速度、相對位置等要素，從而獲得更多的導航信息。而由于不同的導航設備之間存在一定的差異，所以選擇運用組合導航技術就能夠有效地補足導航設備存在的不足之處，不僅使獲得的數(shù)據(jù)信息更加準確，而且還大大提升了信息的獲取速率。現(xiàn)階段，將慣性導航系統(tǒng)與GPS相結合是最為有效的導航方式，這是因為慣性導航技術抗干擾能力較強、傳輸信息速度較快，在一些GPS信號弱的山洞等地方可以有效地為運動物體提供相應的導航信息，而GPS可以有效地矯正運動物體的移動位置等等，從而實現(xiàn)更加精確的定位[2]。

4 慣性導航技術發(fā)展趨勢

當前，許多導航技術都已經被應用于各個領域，未來慣性導航技術也會進一步的發(fā)展，主要是為了滿足廣大群眾的實際需求。在未來，慣性導航技術會繼續(xù)在GNSS信號盲區(qū)或是更加復雜的環(huán)境中使用，為廣大群眾提供更加可靠、持續(xù)的定位服務。同時，該導航技術也會在民用市場得到應用，而在這一領域的應用會使慣性導航技術呈現(xiàn)出低成本、小型化的發(fā)展模式，例如在汽車中應用慣性導系統(tǒng)。另外，相關的工作人員也可以利用新工藝和新材料來優(yōu)化陀螺儀和加速度計，使慣性導航系統(tǒng)的性能可以不斷提升[3]。

5 結語

慣性導航系統(tǒng)作為當前唯一的一種全自主的導航系統(tǒng)，與其它技術具有無法替代的優(yōu)勢，所以慣性導航技術具有很高的研究價值，在未來也會陸續(xù)應用到各個領域。因此，我們當前要做的就是加強對慣性導航技術的研究和發(fā)展，使其能夠在未來為廣大群眾提供更加便利的服務。

參考文獻：

[1]譚鵬輝.慣性導航技術介紹及應用發(fā)展研究[J].科技視界，2016：157+178.

[2]譚祖鋒.慣性導航技術的新進展及其發(fā)展趨勢[J].電子技術與軟件工程，2019：92.

[3]趙浩然，焦陽，王真亮.慣性導航技術的發(fā)展及其應用[J].科學與財富，2017：111-111.

作者簡介：

于宏波 （1982—）男，黨員，籍貫：吉林農安，學歷：本科， 中國人民解放軍91412部隊，工程師，從事裝備修理管理工作。

王旭東（1982—）男，黨員，籍貫：江蘇鹽城，中國人民解放軍92236部隊 ，工程師，從事裝備修理管理工作。