摘要：在惯性导航中，陀螺仪是其中的核配件，因此我们可以将惯性当行技术的发展按照陀螺仪的研究和出现顺序将惯性导航技术分为四个发展时期从目前的情况来看，惯性技术的发展正处在第四代的发展时期，其根本目标是高精度、低成本、微型化、数字化、范围化以及高度可靠性的实现。
关键词：惯性导航技术；新应用；发展趋势
引言：在惯性导航系统及其相关器件的研究和制造方面，在未来很长的一段时间里，体积小、价格低的MEMS惯性传感器且精度高和性能高的FOG必然会受到全世界相关方面的焦点和关注！特别是在进入21世纪以来，计算机技术以及其他高科技技术的高速发展和应用，捷联式惯性导航系统诞生并得到了极大的普及和应用，逐渐的替代了平台式的导航系统。从目前的情况来看，惯性导航系统是目前全世界唯一一种可以实现导航方式完全自主化的导航系统，其可以不依赖任何的外界信息就可以充分的满足各方面的需要，未来其必将会得到更深层次的应用。从目前的形式来看，随着对高性能自主导航系统的应用需求不断增强以及多模GNSS技术的大范围普及和应用，未来组合导航系统也会逐渐的取代纯粹的INS成为全国乃至全世界的主要导航手段之一。
1.惯性导航技术在舰船导航中的最新应用
1908年3月，诞生了世界上最早的一台陀螺罗经，并第一次应用到航海领域，发展至今，陀螺仪已经有了百年之久的发展历史，目前已初步成熟。目前来说，世界上最先进的舰船惯性导航技术主要有两种，分别为ESG导航仪以及基于RLG和FOG的惯性导航技术。具体内容如下：首先是ESG导航仪，这种导航技术可以有效的满足类似于潜艇类高级舰船的的自主式惯性导航技术。但是从其系统的复杂程度以及制作的成本来看，是处于相对较高的水平的，因此也导致了这种惯性导航技术的应用和普及范围相对较窄。除此之外是基于RLG和FOG技术的惯性导航技术，这项导航技术可以在很大程度上满足大多数船舶航海导航的精确性要求，目前正逐渐的取代转子式陀螺仪。早在上世纪八十年代，SperryMarine公司就开始了关于激光式舰用陀螺惯性导航系统系统的研究和制造，发展到至今也取得了突破性的进展，即目前被广泛应用在北大西洋公约组织的舰船和潜艇的标准RLG舰用惯性导航系统-SperryMK49以及在美国海军的潜艇、航空母舰等广泛应用的以第3代RLG技术为根基的MK393A型惯性导航技术，其中特别是MK393A型惯性导航技术不仅可以满足舰艇对导航的精准性及可靠性需求，同时还可以最大程度的为其火力控制系统提供更加精准的位置、姿态、方向和速度等信息和数据。目前的MK39惯性导航系统已经被世界上多达24个国家采用。
2.惯性导航技术发展前景
2.1惯性导航系统发展及设计的主要影响因素
第一，具有针对性且可以充分满足各项需求。对于惯性导航技术来说，其最重要的两个特性指标主要是成本价格、导航性能。其中价格成本主要包括整个系统自身的成本、维护保养成本等；而导航的性能则是包括导航的精确性、连续完整性以及易操作性等方面[1]。正因为如此，在目前大多数导航系统的应用中既要考虑合理的价格，又要重视其性能的优越性。第二，实际应用环境的适应性。在惯性导航系统的实际应用中，系统的可用性、能耗、可靠性等方面可能会受到应用环境的影响。第三，系统的通用性方面。尽可能的保证惯性导航技术可以试用在更多的应用领域，通用性更高。
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2.2惯性测量系统中传感器的发展趋势分析
从目前的现状来看，现有惯性导航系统中的惯性传感器已经可以最大程度的充分满足当前各式各样导航任务的要求和标准。但是从某种程度来说，其成本、体积以及能耗等方面在很大程度上影响着惯性导航系统相应的参数指标。因此，传感器未来发展的主要方向和目标就是降低成本、缩小体积、减小重量、减少能耗等方面，具体内容如下：第一，工艺和材料方面。一方面是工艺方面，相关的生产商要转变高劳动密度型生产模式为低劳动密集型，采用自动化生产和批量处理技术；另一方面是生产材料方面，尽可能的选用硅片、石英或者是结合光电材料等来制造传感器。第二，生产成本主要包括生产产品的成本以及操作或维护保养等费用。随着自动化生产和批量生产的普及和应用，传感器的成本越来越低。第三，体积。惯性导航系统中的测量传感器向着重量轻、体积小的方向发展，未来甚至一些惯性传感器甚至无法用肉眼识别，例如NEMS和光学NEMS等。第四，研究热点。一般来说，惯性。导航系统器件的研究主要集中在三个方面：（1）小型MEMS惯性器件的性能提升；（2）其胶装的有效性；（3）光学传感器的研究，如采用集成光学的FOG的研究。2.2.5总的发展趋势不管是任意净度级别的惯性器件，都可以实现体积小、价格低以及性能优越等方面[2]。
2.3惯性导航系统发展方向
导航性能包括：导航的精确性、连续性、完整性、易用性，易用性是指系统易于使用和维护、系统的自主性等。②实际的应用环境是最大的挑战。系统的体积、功耗、可靠性和可用性会关系到惯性导航系统能否在具体的应用环境中被采用。③提高惯性导航系统的通用性，拓展应用领域。惯性导航系统发展和技术进步呈现以下特点：第一，在无法接收GNSS信号或需要高度导航可靠性的应用场合，高性能的自主INS仍具有不可替代的作用。第二，GNSS技术的快速发展和进步，将取代部分传统的INS应用领域。例如：RaytheonAnschütz采用GPS和固态速率传感器研制的GPS罗经，可以实现0.5º（RMS）的航向精度。上海交通大学导航、制导与控制研究所研制GPS姿态测量仪，在1m基线的情况下可获得优于0.2º的2-D姿态测量精度。第三，INS与其他多种导航手段组合，尤其是GNSS/INS组合导航系统，受到普遍关注。第四，地面车辆导航等民用市场发展迅速，价格低廉的一体化、小型化、多模式组合导航设备成为市场发展的三个重要方向，这既是惯性导航系统发展的机遇，也是挑战。第五，针对舰船导航系统的设计和发展：①首先从系统的性能和可靠性方面考虑，须要不断提高惯性导航系统自身的集成度；使其具备与其他导航手段协同工作的组合导航模式，并且提供与舰船的其他操作控制或导航设备灵活接口。②其次从降低系统成本角度考虑，很多学者尝试采用中低精度的惯性测量传感器或MEMS器件，通过改进导航系统配置、与其他导航手段相结合来获得令人满意的精度指标。③须要指出的是：INS首先与GNSS组合，然后再结合声纳、图像等其他导航手段组成舰船一体化组合导航系统，是最受关注的研究热点和发展方向。
结论
简而言之，惯性导航是一门包含了诸多学科和领域的综合型技术，入精密仪器、机械制造、计算机、自动化控制、电子等等。随着我国经济的不断发展和科学技术的不断进步，各式各样的导航需求也越来越多，在很大程度上促进了惯性导航技术的不断进步和发展。本文以船舶导航为例，探讨了惯性导航技术的新应用，并对其发展趋势进行了展望。希望通过本文的研究和分析，可以对我国惯性导航技术的进一步应用起到一定的借鉴意义和促进作用[3]。
参考文献：
[1]张炎华，吕葵，程加斌.光纤陀螺的研究现状及发展趋势[J].上海交通大学学报，2018，32（8）：126-129.
[2]张睿，张炎华，汪绳武.干涉型全光纤退偏陀螺中偏振过程的研究[J].上海交通大学学报，2017，37（1）：145-148.
[3]赵会滨，战兴群，张炎华.水下图像导航技术在潜艇上的应用[J].中国惯性技术学报，2016，9（1）：64-67.
论文作者:项勇跃
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/8/1
标签：惯性论文; 导航系统论文; 技术论文; 传感器论文; 组合论文; 舰船论文; 系统论文; 《基层建设》2019年第9期论文;