馮培德

（北京航空航天大學(xué) 儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院，北京100191）

論混合式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

馮培德

（北京航空航天大學(xué) 儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院，北京100191）

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是當(dāng)代空、天、海、陸各類先進(jìn)運(yùn)載器所不可或缺的一項(xiàng)自主導(dǎo)航定位裝備。簡(jiǎn)要回顧了平臺(tái)式、捷聯(lián)式以及旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的發(fā)展歷程和各自優(yōu)缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上提出了集平臺(tái)式、捷聯(lián)式和旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)于一體的混合式慣導(dǎo)系統(tǒng)新技術(shù)途徑。介紹了這種新型慣導(dǎo)系統(tǒng)的概念、原理、特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)，樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該技術(shù)途徑的優(yōu)越性和可行性，為該系統(tǒng)的未來研發(fā)和應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)并指出了研究方向。

慣性導(dǎo)航；平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)；捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)；旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)；混合式慣導(dǎo)系統(tǒng)

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是基于陀螺、加速度表對(duì)運(yùn)載器角速度和加速度進(jìn)行測(cè)量的一種完全自主式導(dǎo)航系統(tǒng)，它不需外部導(dǎo)航臺(tái)、站、星的支持，也不需主動(dòng)對(duì)外發(fā)出電磁信號(hào)，因此在強(qiáng)電磁對(duì)抗環(huán)境下是空、天、海、陸各類運(yùn)載器所不可或缺的一項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備。本文所提出的混合式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)吸取了以往平臺(tái)式、捷聯(lián)式和旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)的各自優(yōu)點(diǎn)，提出了一種新的技術(shù)途徑，以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)T導(dǎo)提出的新需求，這是我們沿自主創(chuàng)新之路大膽探索的一次重要嘗試。

1 混合式慣導(dǎo)系統(tǒng)的提出

回顧慣導(dǎo)技術(shù)途徑演變的脈絡(luò)可以幫助我們理解混合式慣導(dǎo)產(chǎn)生的緣由。

1.1 平臺(tái)式慣導(dǎo)是傳統(tǒng)航位推算法的一次飛躍

隨著漂移優(yōu)于0.01 (°)/h的液浮陀螺、零偏優(yōu)于5×10-5g的液浮加速度表的發(fā)展，20世紀(jì)50年代初利用陀螺穩(wěn)定平臺(tái)來隔離運(yùn)載器角運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)誕生，它大大提高了導(dǎo)航定位精度，使傳統(tǒng)的基于速度與航向測(cè)量的航位推算導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)了一次重大飛躍，也使慣性技術(shù)成為一項(xiàng)引人矚目的尖端技術(shù)[1]。平臺(tái)式慣導(dǎo)與捷聯(lián)慣導(dǎo)相比的最大優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)航精度高，但其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，體積重量偏大，可靠性較差，成本較高。

1.2 捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的崛起

20世紀(jì)80年代中期隨著高速計(jì)算機(jī)和寬量程激光陀螺的研發(fā)成功，促成了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的問世。捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)特點(diǎn)是慣性器件（陀螺、加速度表）與機(jī)體相固連，沿機(jī)體坐標(biāo)系的角速度、加速度需經(jīng)捷聯(lián)姿態(tài)變換后方可完成導(dǎo)航解算。與平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)相比，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)部件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在確保導(dǎo)航精度的前提下使準(zhǔn)備時(shí)間有所縮短，系統(tǒng)體積、重量、成本大幅度減少，可靠性大幅度提高。從技術(shù)途徑上看其優(yōu)越性是十分明顯的，因此至今捷聯(lián)慣導(dǎo)已在絕大部分場(chǎng)合取代了平臺(tái)式慣導(dǎo)，這是慣性技術(shù)發(fā)展過程中的一個(gè)新里程碑[2]。然而捷聯(lián)慣導(dǎo)對(duì)慣性器件性能的重復(fù)性、比例系數(shù)及安裝偏角標(biāo)定精度都提出了更高的要求，致使進(jìn)一步提高導(dǎo)航精度遇到困難。

1.3 GPS的沖擊

20世紀(jì)90年代GPS的問世是人類導(dǎo)航史上的又一次重大突破，它的性/價(jià)比遠(yuǎn)高于慣導(dǎo)，因此在各類運(yùn)載器上得到普遍推廣應(yīng)用，一度構(gòu)成了對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)展的嚴(yán)重沖擊。然而衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不能直接給出高數(shù)據(jù)率和高精度的運(yùn)載器姿態(tài)/航向信息，它易受干擾，更嚴(yán)重的是導(dǎo)航星本身在戰(zhàn)時(shí)也存在受攻擊的可能性[3]。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中信息對(duì)抗的日益白熱化和反衛(wèi)武器的發(fā)展，過分依賴衛(wèi)星導(dǎo)航將會(huì)成為武器系統(tǒng)的一根軟肋。因此對(duì)很多軍用運(yùn)載器來說，具有完全自主導(dǎo)航定位能力的慣導(dǎo)系統(tǒng)仍不可或缺，提高其性/價(jià)比也成為重大課題。

1.4 旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的艱難歷程

慣導(dǎo)系統(tǒng)的根本弱點(diǎn)是存在由陀螺剩余常值漂移引起的、隨時(shí)間積累的位置誤差，利用旋轉(zhuǎn)調(diào)制效應(yīng)可以有效抑制這類漂移[4-5]。20世紀(jì)60年代美、蘇都采用過陀螺殼體旋轉(zhuǎn)法來抑制常值漂移誤差，提高慣性器件的精度[6]。20世紀(jì)70年代美國DELCO公司研制出輪盤木馬-Ⅳ單軸旋轉(zhuǎn)式平臺(tái)慣導(dǎo)系統(tǒng)，可抑制水平陀螺漂移造成的誤差，但該項(xiàng)技術(shù)未獲廣泛應(yīng)用，可能的原因是：?jiǎn)屋S旋轉(zhuǎn)不能調(diào)制方位陀螺的漂移；對(duì)航向效應(yīng)漂移缺乏足夠認(rèn)識(shí)和應(yīng)對(duì)手段；對(duì)旋轉(zhuǎn)條件下的初始對(duì)準(zhǔn)以及慣性器件敏感軸與旋轉(zhuǎn)軸間的不正交角標(biāo)定尚未認(rèn)真研究。據(jù)報(bào)道，20世紀(jì)90年代美國海軍為滿足潛艇長期潛航的需求，率先研發(fā)出了一種單軸旋轉(zhuǎn)式激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)MK39，隨后又研發(fā)出雙軸旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng) MK49[7]。近年來又有報(bào)道說正在研制艦艇用三軸光纖陀螺旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)。近年來我國一些單位已分別研制出各具特色的艦船用單軸和雙軸旋轉(zhuǎn)型激光陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)，在使用同等水平陀螺的條件下，使系統(tǒng)精度比普通捷聯(lián)慣導(dǎo)可提高一個(gè)量級(jí)左右，表明旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)在提高系統(tǒng)精度方面有巨大潛力。然而該類系統(tǒng)在高動(dòng)態(tài)飛行器領(lǐng)域的應(yīng)用仍鮮見報(bào)導(dǎo)，這正是本文要研究的問題。

1.5 混合式慣導(dǎo)應(yīng)運(yùn)而生

本文提出的混合式慣導(dǎo)提出了一種新技術(shù)途徑，它吸收平臺(tái)式、捷聯(lián)式、旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的各自優(yōu)點(diǎn)，將隔離載體角運(yùn)動(dòng)的物理平臺(tái)、捷聯(lián)姿態(tài)算法與旋轉(zhuǎn)調(diào)制抑制誤差效應(yīng)這三者集于一體。該系統(tǒng)主要著眼于高速和高動(dòng)態(tài)運(yùn)載器對(duì)高精度慣導(dǎo)提出的新需求，不僅能大幅度提高導(dǎo)航定位精度，實(shí)現(xiàn)快速精確自對(duì)準(zhǔn)，還可實(shí)現(xiàn)裝機(jī)條件下的自標(biāo)定以及明顯降低購置/維護(hù)成本。事實(shí)上“雙軸旋轉(zhuǎn)”已經(jīng)突破了“捷聯(lián)”的概念，混合式慣導(dǎo)則是更上一層樓，加上利用新技術(shù)、新器件有效克服穩(wěn)定平臺(tái)的原有弱點(diǎn)，將使混合式慣導(dǎo)的生命力日益凸顯。由“平臺(tái)”到“捷聯(lián)”，再由“捷聯(lián)”到“平臺(tái)”，這是“否定之否定”螺旋式上升規(guī)律的體現(xiàn)。

2 混合式慣導(dǎo)系統(tǒng)的概念與特點(diǎn)

2.1 混合式慣導(dǎo)的基本概念

1）“平臺(tái)”與“捷聯(lián)”的有機(jī)結(jié)合

基于數(shù)字伺服控制的物理穩(wěn)定平臺(tái)與基于捷聯(lián)姿態(tài)計(jì)算的數(shù)學(xué)“平臺(tái)”的有機(jī)結(jié)合是該混合式慣導(dǎo)系統(tǒng)的首要特征。傳統(tǒng)的穩(wěn)定平臺(tái)要構(gòu)造四框架系統(tǒng)，傳感器輸出經(jīng)模擬訊號(hào)變換和處理后，去控制穩(wěn)定電機(jī)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定功能，因此機(jī)電部件和電路板數(shù)量多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用導(dǎo)電滑環(huán)數(shù)目多?；旌鲜綉T導(dǎo)系統(tǒng)采用全數(shù)字控制穩(wěn)定平臺(tái)，通過捷聯(lián)姿態(tài)變換和特殊算法可用三框平臺(tái)代替四框平臺(tái)，加之復(fù)雜的控制律的實(shí)現(xiàn)和狀態(tài)切換與監(jiān)控均由計(jì)算機(jī)完成，除了簡(jiǎn)便靈活外，還可明顯減小體積重量，提高可靠性，在高動(dòng)態(tài)下即使出現(xiàn)較大的穩(wěn)定平臺(tái)偏差，捷聯(lián)姿態(tài)計(jì)算仍能保證系統(tǒng)導(dǎo)航功能不致破壞。至于穩(wěn)定平臺(tái)通過隔離載體角運(yùn)動(dòng)可避免高機(jī)動(dòng)下所引起的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)誤差更是不言而喻的優(yōu)點(diǎn)。

2）可提供穩(wěn)定、鎖定與旋轉(zhuǎn)等多種工作模態(tài)

混合式慣導(dǎo)系統(tǒng)處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的工作模態(tài)與旋轉(zhuǎn)調(diào)制式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)有所不同，前者可實(shí)現(xiàn)相對(duì)地理坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)，而后者只能實(shí)現(xiàn)相對(duì)機(jī)箱殼體的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)存在載體航向/姿態(tài)角運(yùn)動(dòng)時(shí)，后者的旋轉(zhuǎn)調(diào)制效果不如前者。更重要的是混合式慣導(dǎo)系統(tǒng)中的慣性平臺(tái)指向經(jīng)常與地理坐標(biāo)系關(guān)聯(lián)，因此在對(duì)準(zhǔn)過程中建立起來的慣性器件剩余誤差與平臺(tái)偏角的平衡關(guān)系比較容易維持下去，對(duì)保證導(dǎo)航精度有利，也可放寬慣性器件長期穩(wěn)定性的要求。

混合式慣導(dǎo)系統(tǒng)的平臺(tái)工作狀態(tài)包括穩(wěn)定、穩(wěn)定加旋轉(zhuǎn)和鎖定至殼體等三種不同模式，在載體的不同工作階段可靈活選擇每個(gè)軸的工作狀態(tài)。開機(jī)首先處于三軸鎖定狀態(tài)。系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)時(shí)往往繞方位軸（基本處于垂線方向）旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)導(dǎo)航后則可視情選擇穩(wěn)定、鎖定或穩(wěn)定加旋轉(zhuǎn)等任一狀態(tài)，并可根據(jù)不同飛行器在不同飛行段的實(shí)際情況選擇最佳的旋轉(zhuǎn)策略，飛行器平飛段一般選擇一軸旋轉(zhuǎn)另兩軸穩(wěn)定的工作狀態(tài)。系統(tǒng)處于裝機(jī)自標(biāo)定狀態(tài)下設(shè)計(jì)人員可視標(biāo)定項(xiàng)目及精度要求確定不同的轉(zhuǎn)位方案?；旌鲜綉T導(dǎo)系統(tǒng)以電鎖代替機(jī)鎖也簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。

2.2 混合式慣導(dǎo)的原理框圖

圖1中CRP實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)坐標(biāo)系到穩(wěn)定平臺(tái)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，CPA實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定平臺(tái)坐標(biāo)系到非正交電機(jī)系的轉(zhuǎn)換，CNA實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航坐標(biāo)系到非正交電機(jī)系的轉(zhuǎn)換。

圖1 混合式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)原理框圖Fig.1 Architecture of hybrid inertial navigation system

2.3 混合式慣導(dǎo)的主要特點(diǎn)

1）可滿足大幅度提高系統(tǒng)精度的需求

眾所周知，旋轉(zhuǎn)式慣導(dǎo)系統(tǒng)在大大提高艦艇導(dǎo)航定位精度方面已獲充分驗(yàn)證和廣泛應(yīng)用，而對(duì)高動(dòng)態(tài)飛行器來說情況則完全不同，姿態(tài)穩(wěn)定的問題如不解決，旋轉(zhuǎn)調(diào)制的效果就會(huì)受到很大制約，因此捷聯(lián)慣導(dǎo)又向平臺(tái)慣導(dǎo)“回歸”有其必然性。應(yīng)特別指出的是，對(duì)于高超聲速、大機(jī)動(dòng)飛行器來說，若使用捷聯(lián)式慣導(dǎo)，因高超聲速、大機(jī)動(dòng)的耦合會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)可觀的速度、位置誤差，特別是一些由整流效應(yīng)產(chǎn)生的誤差是過去所不認(rèn)識(shí)的，采用雙軸混合式慣導(dǎo)系統(tǒng)或許是解決上述難題的絕好選擇。

2）可大大改進(jìn)系統(tǒng)初始對(duì)準(zhǔn)的性能

新設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)法對(duì)準(zhǔn)提高了測(cè)量數(shù)據(jù)的利用效率，可用單位置對(duì)準(zhǔn)的時(shí)間達(dá)到雙位置對(duì)準(zhǔn)的效果。在旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)過程中能有效估計(jì)等效東向陀螺常值漂移，從而避免由其造成的方位對(duì)準(zhǔn)誤差，也可放寬對(duì)陀螺漂移長期穩(wěn)定性的要求。另一方面，旋轉(zhuǎn)法對(duì)準(zhǔn)對(duì)陀螺慢變漂移也有相當(dāng)?shù)墓烙?jì)能力，因此在系統(tǒng)加電后不需等待陀螺性能完全穩(wěn)定就可啟動(dòng)對(duì)準(zhǔn)程序，也十分有利于縮短準(zhǔn)備時(shí)間[8]。混合式慣導(dǎo)利用旋轉(zhuǎn)法對(duì)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)武器系統(tǒng)所提的技術(shù)指標(biāo)，對(duì)于機(jī)動(dòng)發(fā)射的導(dǎo)彈系統(tǒng)來說，在技術(shù)陣地完成初始對(duì)準(zhǔn)并轉(zhuǎn)導(dǎo)航后，由于旋轉(zhuǎn)調(diào)制可在發(fā)射車運(yùn)行期間有效保持其對(duì)準(zhǔn)精度，因此在發(fā)射陣地?zé)o需再進(jìn)行傳遞對(duì)準(zhǔn)，從而明顯提高武器系統(tǒng)在實(shí)戰(zhàn)條件下的快速反應(yīng)能力，意義十分重大。

3）具有裝機(jī)自標(biāo)定能力

目前高精度慣導(dǎo)系統(tǒng)普遍要求定期從武器系統(tǒng)上將慣導(dǎo)拆下來，利用精密轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)的誤差系數(shù)進(jìn)行周期性標(biāo)定，致使維護(hù)工作量大，所需地面設(shè)備要求高。近年來使用和研發(fā)部門開發(fā)了“三自”慣導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了自對(duì)準(zhǔn)、自測(cè)試和裝機(jī)條件下的自標(biāo)定，取得了良好的效果?；旌鲜綉T導(dǎo)系統(tǒng)采用的角度傳感器精度和分辨率更高，標(biāo)定效果會(huì)更好。此外可以說是“三自”慣導(dǎo)的升級(jí)版，若在系統(tǒng)投入重要使命前先進(jìn)行標(biāo)定，“標(biāo)完即用”比多套系統(tǒng)提前拆裝、輪流標(biāo)定效果更好。裝機(jī)自標(biāo)定能力除了大大減少系統(tǒng)日常維護(hù)工作量外，還可放寬對(duì)慣性器件長期穩(wěn)定性的要求，可使系統(tǒng)的實(shí)用性和可維護(hù)性上一個(gè)檔次。

4）綜合性能指標(biāo)高

在明顯提高精度和縮短準(zhǔn)備時(shí)間的同時(shí)，系統(tǒng)的體積重量比傳統(tǒng)平臺(tái)式慣導(dǎo)大大減小，可靠性能明顯提高，成本可大幅度降低，其綜合性能指標(biāo)的提高是十分顯著的。

3 混合式慣導(dǎo)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

混合式慣導(dǎo)系統(tǒng)是慣導(dǎo)系統(tǒng)技術(shù)途徑創(chuàng)新的一次重要嘗試。在分析論證和樣機(jī)研制過程中不難看出，它與傳統(tǒng)慣導(dǎo)系統(tǒng)相比既是繼承又有提高，其特點(diǎn)和優(yōu)越性十分明顯。當(dāng)然在新技術(shù)途徑探索的過程中也必然面臨諸多新挑戰(zhàn)，解決這些問題是混合式慣導(dǎo)系統(tǒng)逐步成熟與實(shí)現(xiàn)商品化所必需的。這些問題包括：

1）平臺(tái)全數(shù)字控制迴路設(shè)計(jì)技術(shù)

涉及數(shù)字信息采集和處理技術(shù)，輸入和輸出信息的數(shù)字變換技術(shù)，工作模態(tài)轉(zhuǎn)換和監(jiān)控技術(shù)，最佳控制律設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)等。

2）旋轉(zhuǎn)策略與旋轉(zhuǎn)控制技術(shù)

涉及系統(tǒng)在不同工作階段（指對(duì)準(zhǔn)、導(dǎo)航、標(biāo)定）和載體處于不同任務(wù)段工作模態(tài)選擇，最佳旋轉(zhuǎn)策略的制定，轉(zhuǎn)速勻速性和反轉(zhuǎn)的快速性的保證，軸承渦動(dòng)和慣性器件交叉敏感的處理等。

3）陀螺誤差建模與標(biāo)定技術(shù)

涉及陀螺比例系數(shù)和敏感軸不對(duì)準(zhǔn)角的建模與標(biāo)定，陀螺漂移的殼體效應(yīng)建模與標(biāo)定等。光纖陀螺的建模與標(biāo)定比激光陀螺難度更大。

4）高精度加速度表方案研究

混合式慣導(dǎo)可有效抑制陀螺常值漂移對(duì)初始對(duì)準(zhǔn)及導(dǎo)航性能的影響，于是加速度表比例系數(shù)誤差就成為高速飛行器導(dǎo)航定位精度最重要的誤差源?；旌鲜綉T導(dǎo)為減小體積重量宜選用石英加速度表，我們建議研發(fā)數(shù)字調(diào)寬力反饋方案代替模擬力反饋加 I/F變換的方案，以利于有效應(yīng)對(duì)由溫度變化和力矩器自身非線性所引起的加速度表誤差。

5）初始對(duì)準(zhǔn)方案研究

旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)是慣導(dǎo)系統(tǒng)高精度、快速自對(duì)準(zhǔn)的最佳解決方案，但在實(shí)施上除設(shè)法減小陀螺隨機(jī)游走誤差外，還應(yīng)對(duì)陀螺漂移殼體效應(yīng)的抑制及補(bǔ)償給予足夠的關(guān)注。

6）誤差系數(shù)標(biāo)定技術(shù)研究

混合式慣導(dǎo)采用光柵軸角編碼器代替旋轉(zhuǎn)變壓器為誤差系數(shù)的自標(biāo)定創(chuàng)造了更好的條件，但周期性地正反轉(zhuǎn)對(duì)刻度因數(shù)和交叉敏感也提出了更高的要求，需研究和制定滿足要求的自標(biāo)定方案。需指出，加速度表的非線性誤差系數(shù) K2難以在裝機(jī)自標(biāo)定的程序中完成，對(duì)其長期穩(wěn)定性的考核還應(yīng)另作安排。

7）減小體積重量和提高可靠性的技術(shù)研究

混合式慣導(dǎo)系統(tǒng)提供了減小穩(wěn)定平臺(tái)體積、重量和提高可靠性的可能性，然而要研發(fā)出滿足總體要求的產(chǎn)品還需在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和機(jī)電器件選擇上仔細(xì)考量，這對(duì)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和電子領(lǐng)域的設(shè)計(jì)師們也提出了新的挑戰(zhàn)?；旌鲜綉T導(dǎo)系統(tǒng)包含“活動(dòng)”部件，其可靠性與捷聯(lián)慣導(dǎo)相比存在先天不足，因此更要加強(qiáng)系統(tǒng)的自監(jiān)控與健康管理，這也是打造慣導(dǎo)系統(tǒng)升級(jí)版的一個(gè)重要方向。

4 混合式慣導(dǎo)原理樣機(jī)及試驗(yàn)結(jié)果

4.1 原理樣機(jī)簡(jiǎn)介

原理樣機(jī)（見圖2）采用三個(gè)精度為0.01~0.02 (°)/h的光纖陀螺和三個(gè)精度為5×10-5g的石英撓性加速度表。樣機(jī)體積約460×380×380 mm3，重量約25 kg。

圖2 三軸混合式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)原理樣機(jī)Fig.2 Prototype of tri-axis hybrid inertial navigation system

4.2 車載試驗(yàn)結(jié)果

混合式慣導(dǎo)系統(tǒng)原理樣機(jī)進(jìn)行了5次12 h車載試驗(yàn)，表1為試驗(yàn)結(jié)果，表明定位精度優(yōu)于0.2 n mile/h。圖3給出了其中一次試驗(yàn)的位置誤差曲線。

表1 樣機(jī)5次車載導(dǎo)航試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Results of prototype in 5 experiments of vehicle navigation

圖3 樣機(jī)一次車載導(dǎo)航試驗(yàn)的位置誤差曲線Fig.3 Position errors of prototype in a vehicle navigation experiment

5 結(jié) 論

混合式慣導(dǎo)為研發(fā)高性能慣導(dǎo)產(chǎn)品提供了一種新技術(shù)途徑，目前一些關(guān)鍵技術(shù)已取得突破，應(yīng)用前景看好。希望通過本文的發(fā)表能引起業(yè)界更廣泛的關(guān)注，能針對(duì)不同運(yùn)載器的新需求進(jìn)一步開展深入的研究，共同推動(dòng)慣導(dǎo)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。

最后，我要感謝王瑋副教授、王蕾講師在這項(xiàng)研究和樣機(jī)研制過程中所做的大量工作。

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On hybrid inertial navigation systems

FENG Pei-de

(School of Instrumentation Science and Opto-electronics Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China)

Inertial navigation systems are self-contained navigation equipments, which are widely applied in all sorts of advanced vehicles in space, air, marine, and on land. The development process, advantages and drawbacks of platform-, strapdown- and rotatory-type inertial navigation systems are reviewed. Based on these, a new approach, namely hybrid inertial navigation system, is proposed, which combines the advantages of the above three types of inertial navigation systems. The conception, principle, characteristics and key techniques are presented, and the prototype experiment results demonstrate the superiority and feasibility of this novel approach, laying the technical foundation and pointing the research issues for its future development and application.

inertial navigation; platform; strapdown; rotatory; hybrid inertial navigation system

V241.6

：A

2016-04-14；

：2016-05-14

馮培德（1941—），男，研究員，博士生導(dǎo)師，中國工程院院士。E-mail：pdfeng@126.com

1005-6734(2016)03-0281-04

10.13695/j.cnki.12-1222/o3.2016.03.001