美国惯性器件测试技术发展概况
2022年国外惯性技术发展与回顾
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北航学术报告总结
北京航空航天大学学术学位硕士研究生《学术报告》考核表学院自动化科学与电气工程学院学号：姓名：要求：硕士研究生选听学术报告总数不少于10次。
本考核表由导师给出考核成绩，学院科学究生教学秘书审核后，录入成绩，并作为原始记录文件长期保存。
《学术报告》总结学院自动化科学与电气工程学院姓名学号导师北京航空航天大学研究生院2015年9 月10 日北航第十一届研究生学术论坛自动化科学与电气工程分论坛第二场报告会报告题目：从生活中发现有趣的研究——浅谈论文选题与写作报告人：陶飞报告时间：2014年5月28日19:00-21:00报告地点：新主楼E706主办单位：北航第十一届研究生学术论坛自动化科学与电气工程分论坛报告内容：陶飞教授主要从事制造服务管理、云计算和物联网应用、智能优化、企业信息化等方向的研究工作。
他现任CIRP青年会员、国际杂志IJSCOM主编及3个国际期刊编委。
近年来也发表和出版了多部学术专著和论文，并入选了“中国百篇最具影响国内学术论文”等奖项，在学术论文的写作方面有很丰富的经验和总结，这次他的分享令我收获颇丰。
报告会一开场，陶飞老师以怎样提出问题引出了他对科研选题阶段的思考，首先他指出选题最重要的是是否“interesting”，只有有趣的题目才可以吸引住编辑，强调了选题时明确的目的性与清晰的效果预测的必要性，补充了选题的层次的重要性，层次不够必然不会被录用；紧接着，陶飞老师分享了自己的两段科研经历，第一段，分别从鸟群，泄火球以及动物捕食方式受到启发，将相似的概念与自己研究领域中的要点相互类比，从而发现更加优化的算法，指出创新有时就要从身边的人或物中寻找，第二段，根据日本核泄漏可能对北京造成的核辐射，申请并完成了飞艇核辐射监测，指出科研就是要发现新需求和创新点；然后，陶飞老师讲解了规划的重要性，要针对选题制定系统的规划，并坚定地落实，指出博士生应该做系统的研究，而不是为发论文而发论文；最后，陶飞老师详细地讲解了论文的写作技巧，从摘要的重要性到参考文献的格式，从慎用的词语到致谢中应该感谢到的人，细致的讲解使同学们受益良多。
二、惯导系统的发展历史及发展趋势
目录1.惯性导航系统的概念 (2)2.惯导系统的发展历史及发展趋势 (3)惯性导航系统的发展 (3)我国的惯性导航系统 (5)捷联惯导系统现状及发展趋势 (6)3.惯性导航系统的组成 (10)4、惯性导航系统的工作原理 (14)5、惯性导航系统的功能 (18)6、惯性导航系统的服务模式与应用模式 (20)7、惯性导航系统当前的应用情况 (21)8、惯性导航系统的特点 (23)系统的主要优点 (23)系统的主要缺点 (24)9、惯性导航系统给我们的启示 (24)惯性导航系统一、 惯性导航系统的概念什么是惯性导航或惯性制导呢?惯性导航系统（INS）是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。
在给定的运动初始条件（初始地理坐标和初始速度）下，利用惯性敏感元件测量飞机相对惯性空间的线运动和角运动参数，用计算机推算出飞机的速度、位置和姿态等参数，从而引导飞机航行。
推算的方法是在运载体上安装加速度计，经过计算(一次积分和二次积分)，从而求得运动轨道(载体的运动速度和距离)，进而进行导航。
在运载体上安装加速度计，用它来敏感、测量运载体运动的加速度，经过计算(一次积分和二次积分)，从而求得运动轨道(运载体运动的速度和距离)，并且产生对运载体运动所需要的控制信号，控制运载体按要求弹道运动，称为惯性制导。
这就是说，惯性制导是对运载体进行测量和控制，使其沿预定的轨道运动。
作为一种自主式的导航方法，惯性导航是完全依靠载体上的设备自主地确定出载体的航向、位置、姿态、和速度等导航参数。
并不需要外界任何的光、电、磁参数。
因此，惯性导航系统具有隐蔽性好、全天候工作能力等独特优点。
对飞行器、舰船和地面移动载体（特别是用于军事目的）等尤为重要。
所以在近三十年来，在航空、航天、航海、交通和大地测量中惯性导航系统都得到了广泛的应用。
近今年来由于捷联技术在惯导系统中的应用为惯导系统在民用领域中的应用和发展开辟了更广阔的前景。
不依赖GPS的导航技术发展
军 事 纵 横发展不依不依赖GPS的导航技术发展卫星应用于军事并不新奇，但卫星能在实战中发挥不可替代的作用，乃至改变现代战争的作战样式，则是在它开发出了可靠、高效的导航定位功能之后。
GPS卫星导航定位系统可提供全球性、全天候、高精度服务，在军事、交通、测绘、农业等领域已经得到广泛应用。
但GPS导航系统也有其自身较为明显的缺陷，过度对其依赖存在巨大的风险。
近年来许多国家愈来愈清晰地感受到，过度依赖GPS系统可能带来巨大的潜在隐患与风险，因此纷纷倾力开发可替代型高新技术，并取得了长足进展。
对卫星导航依赖日益增多GP S卫星导航目前已经得到广泛应用，对美国而言，GPS 提供的定位、导与授时（PNT）服务是不可或缺的，即使在民用和商用领域同样如此。
据统计，美国交通运输、建筑测绘和农业领域高度或严重依赖 GPS 及其服务的比例高达 89%；军事领域对 GPS 及其服务的依赖程度更为严重，目前美军几乎所有装备系统均要依靠GPS 提供全球性、全天候、高精度导航服务，在其经济和军事基础建设中GPS不可或缺。
现代信息化战场上，GPS更是表现不俗，其制导导弹具备发射后“不管”或“少管”功能，即可预先将攻击参数输入导弹，或在导弹发射后通过数据链修改参数，实现自主攻击目标；还可实现“外科手术式”精确打击，如科索沃、阿富汗、伊拉克战争中，美军屡次对敌高价值战略目标，如固定机场、发电站和水库等成功实施防区外远程“外科手术式”精确打击。
GPS已发展成为综合性超强的集成系统，包括天基系统以及陆基、空基、海基联合作战平台，在信息化战争舞台上独树一帜。
海湾战争中，美军把GPS接收机安装在装甲车和直升机上，还使用了一万多个只有香烟盒大小的GPS接收机，可以装在口袋中，不用向导部队也不会迷失方向。
据称，多国部队正是通过GPS系统提供的精确位置计算等情报后，才迂回绕过伊拉克共和国卫队，直插敌前方薄弱之处，形成对敌前后夹击态势。
海湾战争后，在科威特的扫雷人员广泛使用了GPS设备来测定雷场，它能将地雷的位置精确到1平方米以内。
机载惯性导航技术综述
①优点：完全自主、无源性、实时｜生强、输出参数全
面
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。
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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 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
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［关键词】惯性技术；惯性导航；组合导航 ［中图分类号】Ｖ２４９．３２＋３
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【文献标识码】Ａ［文章编号】１００３—５４５１（２０１６）０１＿
惯性原理基础上的惯性导航系统，除了地球引力场和
简介
自转角速度这两类先验导航环境外，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
１．１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 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
惯性仪表测试设备优缺点对比分析
0 引言惯性技术是一门监测物体运行姿态与物体运行轨迹的一项重要技术，惯性技术主要包括惯性测量、惯性导航、惯性仪表和惯性制导等技术 [1]。
惯性仪表测试技术则是贯穿于惯性仪表的研发设计、生产制造以及使用和回收的全生命过程。
惯性仪表测试技术大致分为研究性测试、鉴定性测试以及应用性测试。
主要为了研究惯性仪表误差的产生原因，精准、客观且全面地阐述惯性仪表的使用性能。
提供惯性仪表在研发、生产以及使用等方面的指导依据，是一项注重基础性和系统性的技术[2]。
惯性仪表性能测试主要在于建立惯性仪表性能描述模型，设置必要的性能参数，并在性能测试的时候通过测量和相应的计算得出相应的数值[3]。
所建立的性能描述模型可以精确地描述出仪表在测试环境下的性能特性，并且根据所计算出的性能趋势，能够预测出仪表之后的工作状态。
所以为了能够准确地描述惯性仪表的性能，惯性仪表测试设备的测量精度对测量惯性仪表的工作性能至关重要。
现阶段，我国的惯性仪表技术发展迅速，但是与西方工业发达国家相比，还有很多的不足。
在惯性仪表原材料的加工制造、工件的生产加工、对仪表误差形成原因、性能描述模型的建立以及相应的测量方法与测试设备精度等方面都与美国等发达国家存在一定的差距。
所以，探寻惯性仪表测试设备的性能可以促进惯性技术的完善和未来发展。
本文主要首先对惯性仪表测试技术的国内外发展现状进行了分析，针对其中几种典型的惯性仪表测试设备进行优缺点对比分析比较，讨论分析现阶段惯性仪表测试技术和相关测试设备存在的问题。
最后，针对惯性仪表测试技术现状和惯性仪表测试设备优缺点分析得出了惯性仪表测试技术的发展趋势。
1 发展现状与问题随着惯性仪表测试技术的发展，在惯性仪表性能测试实验过程中，惯性仪表测试设备本身所存在的误差也不能被忽视，所以探寻惯性仪表测试设备误差的研究有利于提高惯性仪表性能测试的精度。
2001年，有学者利用精密离心机对惯性仪表进行测试分析，并研究离心机产生的误差对实验的影响，但只得出误差会产生不确定度，没有给出相应的改进方法[4]；2008年，有研究学者利用精密离心机对陀螺加速度计的测试方法进行了系统研究，并在此基础上研究离心机所产生的误差对整周期积分平均法的影响[5]；2008年，乔永辉利用精密线振动台对陀螺加速度计进行整周期积分平均测试，同时分析了振动台所产生的的误差对实验的影响[6]。
捷联惯性技术的发展及与平台惯导系统的对比
捷联惯性技术的发展及与平台惯导系统的对比捷联惯性技术是指利用惯性敏感器（通常使用加速度计和陀螺仪）来测量载体相对于惯性参考系的角速度和加速度，从而计算得到载体的姿态、速度和位置等参数的技术。
捷联惯性技术具有体积小、重量轻、可靠性高、成本低等优点，因此在军事、航空、航海等领域得到了广泛应用。
捷联惯性技术的发展可以追溯到20世纪60年代，当时美国国防部高级研究计划局（DARPA）开始资助一些研究项目，以探索将惯性敏感器直接固定在载体上的可能性。
随着微电子技术和制造工艺的不断发展，捷联惯性技术的性能得到了大幅提升，同时成本也得到了降低。
在捷联惯性技术的发展过程中，出现了多种不同的技术路线。
其中，卡尔曼滤波器是一种被广泛应用于捷联惯性系统的数据处理方法。
卡尔曼滤波器是一种最优估计方法，它能够利用观测数据和预测模型来估计系统的状态，同时考虑到观测噪声和模型误差。
在捷联惯性系统中，卡尔曼滤波器可以用于融合加速度计和陀螺仪的测量数据，以提高系统的性能和精度。
平台惯导系统是一种基于平台稳定性的惯性导航系统。
它通过将惯性敏感器安装在稳定的平台上，可以大大提高系统的精度和可靠性。
平台惯导系统通常由平台、惯性敏感器、控制系统和数据处理系统等组成。
其中，平台是整个系统的支撑结构，惯性敏感器用于测量载体的角速度和加速度，控制系统用于控制平台的运动轨迹，数据处理系统则用于对测量数据进行处理，得到载体的姿态、速度和位置等参数。
与捷联惯性技术相比，平台惯导系统具有更高的精度和可靠性。
这是因为在平台惯导系统中，惯性敏感器可以安装在稳定的平台上，从而消除了载体运动对测量数据的影响。
此外，平台惯导系统还可以通过控制系统来实现主动减震，以进一步提高系统的性能和精度。
然而，平台惯导系统也存在一些缺点。
首先，它的体积和重量较大，不利于小型化和轻量化。
其次，它的成本较高，不利于大规模应用。
最后，它的维护和校准难度较大，需要专业人员和技术支持。
惯性技术在航空航天领域中的应用
惯性技术在航空航天领域中的应用作者：叶松来源：《决策探索·收藏天下（中旬刊）》 2018年第7期摘要：惯性技术的应用行业主要为先进制造业，这些行业通常具有强综合性和交叉性，主要用于获取敏感运动体的位置、姿态与速度等信息。
当前惯性技术的应用在国防领域有着举足轻重的地位，同时也广泛应用于民用领域。
文章简单阐述了惯性技术的基本概念及发展历程，分析了惯性技术在航空航天领域中的实际应用。
关键词．懦性技术：航空航天：应用惯性技术是指惯性导航、测控技术、惯性仪表技术及其相关设备与装置技术的总称，其应用主要体现于通过对大地物理参数的测量，以结算出载体的位置与姿态。
惯性技术的应用领域非常广泛，包括大地测量、地质勘探、海洋探测、地面车辆、高层建筑、桥梁隧道、航空航天等，是衡量一个国家尖端技术水平的一大重要标志。
一、惯性技术概述（一）惯性技术的基本概念惯性技术是一种利用牛顿力学与近代物理学原理实施运动物体姿态或轨迹测量与控制的重要应用技术。
惯性技术所涉及的学科较多，包括数学、力学、电子学、光学、计算机学、精密机械、自动控制等，所研究的内容范围也相对广泛，如惯性仪表、惯性系统、惯性导航、惯性测量等。
依惯性仪表精度的不同，惯性技术产品被分为4个级别，即战略级、导航级、战术级和商业级“]。
（二）惯性技术的发展历程惯性技术发展至今已有1 00多年的历史，广泛应用于军民领域。
陀螺仪是惯性技术系统的核心部件，依陀螺仪出现的先后顺序，惯性技术的发展主要历经了4个阶段。
第一阶段为20世纪30年代以前，惯性技术以牛顿经典力学为基础，陀螺为机械框架式，精度较低，系统结构相对简单，但其正式验证了相关基础理论，并有了初步应用，为后期惯性技术的发展奠定了良好的基础。
第二阶段为20世纪40年代，此时期，火箭得到初步发展，惯性技术的研究内容已不仅仅是原来的惯性仪表技术，而是扩展至惯性导航系统，此时陀螺为机械浮子式，同时联合使用摆式加速度计，其精度高、种类多，且系统结构相对复杂，其中最为典型的产品即为美国MX 洲际导弹所使用的三浮仪表平台系统。