1.慣性技術與慣性導航的概述 慣性技術是慣性導航技術、慣性制導技術、慣性儀表技術、慣性測量技術以及慣性測試設備和裝置技術的統稱。它已有四十多年的發展歷史了。由于慣性技術的自主性等特點，它不需要引人外界信息便可實現制導于導航。所以，它在國防科技中占有非常重要的地位，廣泛的運用于航天、航空、航海等軍事領域；隨著慣性技術和計算機技術的不斷發展以及成本降低，許多國家將其應用領域擴大到現代化交通運輸、海洋開發、大地測量與勘探、石油鉆井、礦井、隧道的掘進與貫通、機器人控制、現代化醫療器械、攝影技術以及森林防護、農業播種、施肥等民用領域。 慣性導航系統（Inertial Navigation System），簡稱慣導，是利用慣性敏感元件、基準方向及最初的位置信息來確定運載體的方位、姿態和速度的自主式航位推算系統。慣性導航系統可以分為平臺式慣導系統和捷聯式慣導系統兩大類：平臺式慣導系統是將陀螺儀和加速計安裝在一個穩定平臺上，以平臺坐標系為基準，測量運載體運動參數的慣性導航系統；捷聯式慣導系統（Strapdown Inertial Navigation System , SINS）是將慣性敏感元件（陀螺儀和加速計）直接安裝在運載體上，是一種不再需要穩定平臺或常平架系統的慣性導航系統。 導航的目的就是為了得到運載體的實時的方位、姿態和速度。在工程運用中，能夠測定物體運動參數的方法很多：如測量位移可以用里程計，還可以用無線電定位技術、天文定位技術和衛星定位技術等；要測速度可以用測速計；要測轉角可用角位置傳感器（電位計、光電碼盤等等）；要測角速度可以用轉速表、測速電機等等。但是，以上各種測量手段還沒有一種能夠在同一時刻單獨實時而又高精度地測量運載體的線運動和角運動，而慣性技術恰是測量這些運動參數的最理想的手段。 慣性導航系統不僅可以全面地檢測到幾乎所有的運動參數，而且還有一個極大的優點——是完全自主式的導航測量方法。它不依賴聲、光、磁、電等外部信息來測量物體的運動參數，其工作完全不受自然的和人為的干擾影響，具有極其重要的軍事意義。所以慣性技術是其它任何導航定位定向手段不能替代的。 正因為慣性技術的地位如此重要，它受到世界上技術先進國家的普遍重視。美、英、法、德和前蘇聯都投入相當大的力量從事慣性技術及有關裝置的研究?，F代科技發展促進了慣導技術的發展，慣性導航技術已經成為現代高科技發展水平的標志之一。 2.捷聯慣性技術的發展 捷聯具有悠久的歷史，所謂捷聯捷聯慣性系統也就是將慣性敏感元件（陀螺與加速度計）直接捆綁在飛行器上從而完成制導。捷聯慣導技術最早可以追溯到18世紀50年代，德國著名科學家博耐伯格（Johann Gottlob Friedrich von Bohnenberger）發明了帶有穩定平臺的陀螺儀（gyroscope）模型。100年之后法國的光學物理實驗學家傅科（Leon Foucault）發明了現代意義上的陀螺并提出了陀螺羅經理論。此后一直到第二次世界大戰，有一大批著名的科學家為慣性技術做出了杰出的貢獻，如著名科學家安修茨（Dr. Hermann Auschutz-Kaempfe）、斯佩里（Elmer Ambrose Sperry）、德雷珀（Dr. Charles Stark Draper）、舒勒（Prof. Max Schuler）等。 真正第一次出色完成導航任務的是二戰末期德國著名火箭專家馮•布勞恩（Wernher Von Braun）和他的研制小組發明的著名的V-2火箭。在V-2火箭上裝載的導航系統就是最原始的捷聯慣性導航系統，該火箭從當時納粹德國飛越過英吉利海峽準確命中倫敦，震驚世界。 捷聯慣導技術在美國和蘇聯迅速地發展起來，主要用于軍事武器系統。1950年起，麻省理工學院德雷珀實驗室先后完成了平臺慣導系統的飛行器試飛和艦船試航。同時，捷聯系統也得到成熟的探索。1969年，在“阿波羅-13”宇宙飛船在飛向月球途中，服務艙發生爆炸使指令艙電源遭破壞。緊急情況下，正是由于德雷珀實驗室低功耗備份捷聯慣導系統LM/ASA的引導，將飛船引導到返回地球的軌道上，安全降落到太平洋上。 由于捷聯系統本身固有的優點，以及隨著高速大容量的數字計算機技術和高精度陀螺儀技術出現，捷聯導航系統在低成本、短期中精度導航中呈現出逐漸取代平臺式系統的趨勢。并且在這一時期捷聯系統由試飛階段進入了應用階段。 激光、光纖等新型固態陀螺儀的已逐漸成熟。這些新型陀螺儀具有測量角速度不受限制，過載能力強，精度與過載無關，可＊性高，啟動快等優點，這些正是捷聯系統所追求的。在歐洲，軍用飛機中的所有新型以及改進型飛機大部分是用激光陀螺儀慣導裝置；在美國軍用慣導系統1984年全部為平臺式，到1989年已有一半改為捷聯式，1994年捷聯式已占有90%。 捷聯慣性導航系統正朝著高度、高可＊性、低成本、小型化、數字化、應用領域更加廣泛的方向迅速發展。在此基礎上，SIN/GPS、SIN/DVL、捷聯/天文導航等組合導航系統將成為未來發展的一個方向。 3.捷聯慣導系統與平臺慣導系統的對比 平臺系統采用常平架平臺，在平臺上安裝慣性敏感元件。平臺可以隔離載體運動對敏感元件的影響并且框架軸上角度傳感器直接輸出姿態角，然后進行導航推算。 平臺系統已經達到了很高的水平，但是其造價、維修費用十分昂貴，而且其采用了框架伺服系統，相對可＊性將會下降。捷聯系統采用的是數學姿態轉換平臺，將慣性敏感元件直接安裝到載體上，敏感元件的輸出信息直接輸送到導航計算機中進行實時的姿態矩陣解算，通過姿態矩陣把慣性導航系統中加速計測量到的信息轉換到導航用的導航參考坐標系中進行導航積分運算以及提取姿態角信息 從平臺系統和捷聯系統的工作原理中，作如下對比： 1） 捷聯系統敏感元件便于安裝、維修和更換； 2） 捷聯系統敏感元件可以直接給出艦船坐標系的所有導航參數，提供給導航、穩定控制系統和武備控制系統； 3） 捷聯系統敏感元件易于重復布置，從而在慣性敏感元件級別上實現冗余技術，這對提高性能和可＊性十分有利； 4） 捷聯系統去掉了常平架平臺，消除了穩定平臺穩定過程的各種誤差同時減小系統體積。 捷聯系統把敏感元件直接固定在載體上導致慣性敏感元件工作環境惡化，降低了系統的精度。因此，必須采取誤差補償措施，或采用新型的光學陀螺。 慣性導航系統技術目前的熱點主要集中在慣性敏感器件、系統精度、系統體積、可＊性、系統綜合、系統校正等幾個方面。關鍵在于修正、慣性元件誤差模型的建立和實時補償、捷聯矩陣的更新等等。 編輯：何世平