惯性导航行业技术分类与运用情况及两大发展趋势

 导读： 惯性导航行业技术分类与运用情况及两大发展趋势。由于惯性技术的独特优势，与各领域的其他传统导航技术相结合，形成了以惯性导航为主体其他导航技术为辅助的各种组合或融合导航系统。

参考《2016-2022年中国北斗二代导航产业现状分析及十三五发展策略分析报告》

        由于惯性技术的独特优势，与各领域的其他传统导航技术相结合，形成了以惯性导航为主体其他导航技术为辅助的各种组合或融合导航系统。例如，随着经济全球化的发展，世界各地民间贸易来往和运输频繁，大型民航客机跨洋飞行时，由于海上没有其他地基导航台以及空间的电磁干扰，使得飞行不能单独依靠卫星导航，因此国际民航客机要求使用以惯性导航为主，卫星导航为辅的组合导航设备，以保证飞行的安全性、全球性。如果没有惯性导航技术的参与，仅仅依靠GPS或其他无线电导航设备，飞行的安全性将受到严重影响。因此，安全性、隐蔽性和可靠性使得惯性导航无论是单独使用还是在组合导航中使用都具有无可替代的地位。 

        ① 惯性导航技术分类 

        惯性导航系统是利用陀螺仪和加速度计为传感元件，通过测量惯性空间的旋转角速度和线加速度，根据经典的惯性力学原理建立空间三维运动方程，实时解算载体的速度、位置、姿态等运动全部参量。根据陀螺仪的不同，可分为机械（常用的为挠性陀螺、液浮陀螺）、光纤、激光、微机械（压电、震动等）等类型的惯性导航系统。根据惯性导航系统的力学编排实现形式又可以分为：平台式惯导系统和捷联式惯导系统。目前，晨曦航空惯导产品均是捷联式惯导，主要产品包括挠性捷联综合惯导系统、光纤捷联综合惯导系统、激光捷联综合惯导系统和压电捷联综合惯导系统。 

        根据力学编排的实现形式，航空惯性导航系统可分为平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统，对比如下： 

        两者最大的区别是平台式系统有实体三轴框架，捷联式系统没有任何框架，因此：捷联式系统的体积一般比平台式系统要小，由于活动部件少所以捷联式系统的抵抗振动和冲击能力比较强。 

        ② 惯性导航技术的运用情况 

        由于惯导系统两个独特性能：信息自主性和信息完备性，使得它具有自主性、隐蔽性、抗干扰、全球性导航等优势，因此主要运用于对运动安全性和运动机动性要求高的场合和领域。惯性导航系统首先运用在各种军用飞机、导弹、潜艇、舰船、战车等军事武器系统中，用作武器系统的定向定位、航路制导、运动隔离和稳定等；其次，惯性导航系统还运用于航天和空间探索，如在各种运载火箭、探空飞船、科研卫星上使用，惯性导航在远离主控站时，还有能力进行自身定位和姿态稳定；最后，还运用于跨洋飞行的大型民航客机和高速列车等，并且为了保证安全性，大型民航客机上需安装多套惯性导航系统互为备份。 

        ③ 惯性导航技术的发展趋势 

        惯性导航技术发展趋势分为纵向和横向两个方面：纵向方面是惯性导航技术本身的发展趋势；横向方面是与其他导航技术相融合形成的以惯性导航系统为主体的综合导航系统。 

        A、惯性导航技术本身的发展趋势 

        惯性导航技术自身的发展主要依靠三方面科技发展水平的支撑：新型的测量原理、惯性器件及先进的制造工艺技术、计算机软硬件技术。早期惯性导航系统是以机械陀螺为核心、以模拟电路为主要硬件实现形式的机械框架平台式惯性导航系统。随着计算机硬件技术发展，硬件计算速度大幅度提高、存储容量进一步扩大，逐渐发展出机械陀螺的捷联式惯性导航系统，而且捷联式惯性导航系统的计算速度和功能不断提高。关键器件的陀螺则由机械式陀螺发展到光学陀螺（即光纤陀螺和激光陀螺），这是惯性技术发展的一大革命，与以前的机械陀螺器件有着本质的区别。光学陀螺测量角速度的传感器已经没有机械转子，因此使得捷联式惯性导航系统的测量范围足够大，且系统的数字化程度大幅提高。目前，激光捷联惯导系统和光纤捷联惯导系统分别占据高、中精度的应用领域。在可预见的未来，光纤陀螺惯导系统将向高精度方向发展，而激光陀螺惯导系统将向小型化方向发展。 

        B、以惯性导航为主体的数据融合综合导航系统发展趋势 

        随着各种新的导航算法不断涌现，各种形式的导航系统也层出不穷，例如GPS、北斗二代、GLONASS、GALILEO、伏尔导引系统、多普勒导航仪等，此外，其他如大气数据计算机等也是必备的飞行自主设备。这些设备大多自成体系，独立完成相关测量和导航。近20~30年来随着现代信号处理技术和算法的进步，许多新兴的滤波技术和估计理论经过前期的研究，已经比较成熟，具有非常高的使用价值；同时伴随着计算机的运算速度，存储容量的不断增大，新兴算法已经在一些领域得到实用验证，可以达到实时性要求。这为各种导航系统的相互融合提供了基础条件，因此通过强大的计算机运算平台，运用一定的信息论综合算法，将不同类型的导航系统或传感器进行融合将是现代导航发展的一个方向。由于不同类型的系统信息源不同，结果路径不同，能够形成异构系统的相互取长补短，最后综合系统的性能显示出高容错性、高可靠性、信息完整性、功能连续性等优势。

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