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惯性控制技术及其在某型飞行器上的应用

刘浠

哈尔滨工程大学

摘要：惯性技术是用来实现运动物体姿态和运动轨迹控制的一门技术，它是惯性仪表、

惯性稳定、惯性系统、惯性制导与惯性测量等及其相关技术的总称。惯性技术的两大部

件：陀螺仪、加速度计，其中以陀螺仪最为核心，整个惯性技术建立在陀螺仪之上。本

文介绍了惯性技术的研究历史、现状和发展趋势、研究的关键技术及其应用。

关键词：惯性技术、惯性导航、陀螺仪加速度计

applicationofinertialtechnology

Abstract:Theinertialtechnologyistheonlyindependentmeansto

establishthepositionandattitudereferenceofavehicle.Theroadmapof

inertialtechnologyaswellastheapplicationofcurrentinertialtechnologyat

homeandabroadisreviewedinthispaper.Atthesametime,theresearch

statusandthemainachievementofinertialtechnologyaregiven.Moreover,the

gapbetweenthelevelinChinaandtheinternationalleadinglevelofinertial

technologyisanalyzedinthepaper.Finally,theforegroundoftheinertial

technologyisdescribed.

Keywords：Inertialtechnology、inertialnavigation、gyroscope、

accelerometer

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1惯性技术的研究历史

惯性技术起源于西方，发展于西方，是一门涉及精密机械、计算机技术、微电子、光

学、自动控制、材料等多种学科和领域的综合技术。自20世纪40年代惯性技术开始

工程实用以来，几十年内得到了迅速的发展，其中军事的需求是最主要动力。80年代

后，惯性技术开始向民用领域普及。

惯性技术是惯性仪表、惯性导航、惯性制导、惯性稳定、惯性测量等技术的统称，其

中，惯性仪表（陀螺仪、加速度计）的技术状态和水平制约着惯性技术其他研究内容的

发展。

惯性技术的两大部件：陀螺仪、加速度计，其中以陀螺仪最为核心，整个惯性技术建

立在陀螺仪之上。因此，按照陀螺仪出现的先后可以将惯性技术划分为四代。

第一代1930年以前的惯性技术。1687年牛顿三大定律的建立成为惯性技术的理论

基础；1852年傅科提出陀螺仪的定义、原理及应用设想；1908年安修茨研制出世界上

第一台摆式陀螺罗经；1916年舒勒调谐原理。以机械框架氏陀螺为典型代表，精度低，

结构简陋。

第二代惯性技术开始于20世纪40年代火箭技术发展的初期阶段，其研究内容从惯

性仪表技术发展扩大到惯性导航系统的应用。首先是惯性技术在V-II火箭上的第一次成

功应用。到50年代中后期，0.5nmile/h的单自由度液浮陀螺平台惯导系统研制并应

用成功。1968年漂移约为0.005/h的G6B4型动压陀螺研制成功。这一时期，还出现

o

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了另一种惯性传感器—加速度计。在技术理论研究方面，为减少陀螺仪表支承的摩擦与

干扰，挠性、液浮、气浮、磁悬浮和静电等支承悬浮机构被逐步采用，1960年激光技

术的出现为今后激光陀螺（RLG）的发展提供了理论支持；捷联惯导（SINS）理论研究

趋于完善。

第三代惯性技术开始于70年代，基于萨格奈克效应，以光学陀螺为典型代表，反应

时间短，动态范围大、可靠性高、适应性强。出现了一些新型的陀螺仪、加速度计和相

应的惯性导航系统，包括：静电陀螺（ESG）、动力调谐陀螺（DTG）、环形激光陀螺（RLG）、

干涉式光纤陀螺（IFOG）