武漢泰達光電科技有限公司
產品搜索
產品分類
 
導航定位產品部
 
測姿測向產品部
 
精確授時產品部
 
穩定平臺產品部
 
軟件無線電產品部
 
光電產品部
 
石油鉆井產品部
 
無人機產品部
 
衛星導航開發產品部
 
高壓檢測產品部
 
光伏跟蹤控制系統
新聞詳情

【慣性技術】慣性導航系統與慣性測量單元

一、慣性導航系統與慣性測量單元

1、慣性技術

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。

2、慣性測量單元IMU的構成

慣性測量單元IMU為導航、制導和控制系統的核心,主要由以下幾部分組成:

①陀螺傳感器,用于敏感角速度或角度。

②加速度計傳感器,用于敏感比力,從而獲得速度、位置的變化量。

③處理器部件,用于處理陀螺和加速度計傳感器數據,形成系統解算所需的信息。

隨著以計算機為“數學平臺”的捷聯技術的發展,由捷聯式測量單元構成的系統在某些應用中正在逐漸取代傳統的框架式系統。對慣性器件(陀螺儀和加速度計)也提出了更高的要求,而傳統的機電陀螺已很難滿足這方面的要求。光纖陀螺作為中等精度器件,應用于慣性測量單元中,具有令人稱道的特性。與撓性陀螺相比,它具有抗沖擊及可靠性高等特性;與激光陀螺相比,具有體積小、成本低及無閉鎖的特點。因此,特別適合于構造慣性測量單元(IMU)。用光纖陀螺構造的慣性測量單元,可以根據應用對象的不同設計要求,在精度、成本、重量、體積等方面進行靈活及容錯的綜合設計。

3、慣性導航系統INS簡介

慣性導航系統(Inertial Navigation System),簡稱慣導(INS),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。

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。

4、慣性導航系統的分類

4.1、根據平臺的類型分

目前,慣導(INS)可分為兩大類:平臺式慣導(PINS)和捷聯式慣導(SINS)。它們的主要區別在于,前者有實體的物理平臺,陀螺和加速度計置于由陀螺穩定的平臺上,該平臺跟蹤導航坐標系,以實現速度和位置解算,姿態數據直接取自于平臺的環架;在捷聯式慣導中,陀螺和加速度計直接固連在載體上。慣性平臺的功能由計算機完成,故有時也稱作"數學平臺",它的姿態數據是通過計算得到的。慣導有固定的漂移率,這樣會造成物體運動的誤差,因此長射程的武器通常會采用指令、GPS等對慣導進行定時修正,以獲取持續準確的位置參數。

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,這對提高性能和可靠性十分有利;

(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;

(5)由于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。

4.2、根據陀螺平臺和加速度計之間的聯系狀況分

根據陀螺平臺的定位方式以及它和加速度計之間的聯系狀況,慣性導航系統可分為幾何式、解析式和半解析式三類:

(1)在幾何式慣性導航系統中,陀螺平臺穩定在慣性空間,而加速度計平臺則用精密的時鐘機構(精確度高達幾百萬分之一秒的晶體振蕩器)轉動,使之跟上當地的重力方向。這種系統構造復雜,體積和重量都較大。但由于加速度計的方位是受機械控制的,精確度較高,因而能用于船艦、潛艇等的導航。

(2)解析式慣性導航系統的加速度計直接裝在陀螺平臺上,因而有構造簡單、體積重量都小的優點。平臺也被穩定在慣性空間。但是,由于重力相對于平臺和加速度計的敏感方向都隨時間而改變,以致在加速度的實測值中有重力的可變分量介入,比較難以消除。同時,積分器給出的是相對于慣性空間的數據,把這些數據變換到當地的地理坐標系中,也很麻煩。這些復雜的計算,通常由地面的計算機完成。這種系統用以制導那些工作時間較短(僅幾分鐘)的彈道式導彈是比較適宜的。

(3)半解析式慣性導航系統的加速度計也直接裝在陀螺平臺上,但此平臺不斷地跟蹤著當地水平面。由于平臺的進動電動機是按照積分器輸出量的放大信號(在積分前要把介入的有害加速度消除)來工作的,因此電動機的角速度應與信號保持嚴格的正比關系,而且在高放大倍數下不失真,這一點是很難做到的。但是,這種系統的坐標變換工作比較簡單,可以使用較小的計算機。這種系統適用于工作時間長達十幾小時的普通飛機和飛航式導彈。

慣性導航系統應用于衛星發射也很出色,它能直接測出軌道的變化率,從而測出應截止推力的精確時間,以便有效地把衛星送入預定軌道。但是,對于時間很長的行星際飛行,由于各行星產生的引力分量難以測準,會有非慣性參考系性質的誤差介入并按指數規律積累起來。因此,需要從外界引入補償信號,例如利用天文導航、無線電導航等的結合來消除這些誤差。

在選擇元件參數時,舒勒條件極關重要。滿足舒勒條件不僅能排除有害的加速度干擾,同時能使誤差的積累以振動的形式出現(也具有84.4分鐘的周期),而且不按時間的平方遞增。

具有陀螺平臺的慣性導航系統的適用性取決于元件的精度。今后除致力于改進現有的元件外,還要進一步探索更好的導航方案和研制新的元件。目前已出現的捷聯式慣性導航系統,不用陀螺平臺而把運載器上的加速度計(通常是三個速率陀螺儀)的信號直接輸入計算機。這種以計算機軟件代替更復雜平臺的辦法,能降低造價和提高可靠性。

5、慣導系統的重要地位與技術熱點

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。

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、可靠性、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。

高精度的慣導裝置需要先進的精密加工工藝作為基礎,而精密加工歷來是我國基礎工業的弱項,這一點也直接造成了我國的各類慣性導航測量裝置在精度等方面同發達國家存在一定的差距。

6、光纖陀螺的應用是慣導系統發展的一大趨勢

隨著以計算機為“數學平臺”的捷聯技術的發展,由捷聯式測量單元構成的系統在某些應用中正在逐漸取代傳統的框架式系統。對慣性器件(陀螺儀和加速度計)也提出了更高的要求,而傳統的機電陀螺已很難滿足這方面的要求。光纖陀螺作為中等精度器件,應用于慣性測量單元中,具有令人稱道的特性。與撓性陀螺相比,它具有抗沖擊及可靠性高等特性;與激光陀螺相比,具有體積小、成本低及無閉鎖的特點。因此,特別適合于構造慣性測量單元(IMU)。用光纖陀螺構造的慣性測量單元,可以根據應用對象的不同設計要求,在精度、成本、重量、體積等方面進行靈活及容錯的綜合設計。

光纖陀螺以其特有的優點受到廣泛的重視,在航空、航天、航海、兵器的導航系統、姿態控制系統中以及其它的一些領域中,有著十分廣闊的應用前景。慣性器件的發展水平一直影響和制約著慣性技術的發展和應用,隨著光纖陀螺和激光陀螺的出現和成熟,慣性技術領域進入一個新的發展時期。對于中等精度的導航系統而言,光纖陀螺較之激光陀螺更適合于此類系統。目前中等精度的光纖陀螺的技術趨于成熟,已經進入實用階段,隨著中低精度光纖陀螺這些年的成功應用和光學器件性能的提高,研制用于慣性導航的高精度光纖陀螺成為一種可能和一項要迫切發展的課題。

由于光纖陀螺具有動態范圍寬、輸出不依賴于環境(加速度、振動和沖擊)、抵抗高速率能力強、系統設計靈活、使用壽命長、加工工藝簡單、無閉鎖現象、啟動時間短等優點,光纖陀螺及其慣性測量組合已成為國外慣性設備的首選器件,已被充分地應用在航空航天(如波音777的導航系統)等領域中。而國內由于光電子技術與相關工藝水平相對落后,組成光纖陀螺的光學器件(光源、光纖等)性能不能滿足要求,光纖陀螺的研制水平大大落后于西方發達國家。雖然目前的技術使在捷聯式慣導中應用光學陀螺已有可能,但光纖陀螺的工程化應用工作還在開展之中。

二、INS/IMU各應用方向

慣導系統的機制目前已經發展出撓性慣導、光纖慣導、激光慣導、微固態慣性儀表等多種方式,根據環境和精度要求的不同,廣泛的應用在航空、航天、航海和陸地機動的各個方面。

1、航空航天

捷聯式慣性系統首先推廣應用于導彈武器,以后才逐步擴展應用于飛機、戰車上。采用GPS/INS 組合導航設備作為核心部件的一種新的平臺控制方案, 可以長時間提供慣性導航信息, 穩定的、動態的運動解析, 同時提供準確的位置數據, 速度數據及其他導航信息。GPS/INS 組合導航不僅可以給天線平臺伺服系統提供控制參數, 而且可以實時記錄導航和姿態信息以備雷達后期成像。

1.1、導彈制導

導彈精確制導技術主要有自主式制導、遙控式制導、尋的制導、全球定位制導及復合制導等幾大類。慣性制導是自助式制導的方式之一,是指利用陀螺儀、加速度表等慣性儀表組成的測量裝置,按慣性原理控制和導引導彈飛向目標的制導方式。通常由彈上計算機控制發動機推力的方向、大小和作用時間,把導彈引導和控制到目標區。

慣性制導具有抗干擾性強、隱蔽性好、不受氣象條件影響等優點。但慣性制導系統隨著工作時間的延長,積累誤差就越大,所以在中、遠程中通常加裝地形匹配制導系統,以便定期修正這些誤差。目前,地地彈道導彈和潛地導彈幾乎都采用這種制導方式。如美國的“大力神”、“民兵”、我國的“東風”等都采用了慣性制導。

1.2、飛機自動駕駛儀

飛機自動駕駛儀是按一定技術要求自動控制飛行器的裝置。在有人駕駛飛機上使用,是為了減輕駕駛員的負擔,使飛機自動地按一定姿態、航向、高度和馬赫數飛行。在導彈上,起穩定導彈姿態的作用,故稱導彈姿態控制系統。它與導彈上或地面的導引裝置交聯組成導彈制導和控制系統,實現穩定和控制功能。20世紀30年代,為了減輕駕駛員長時間飛行的疲勞,開始使用三軸穩定的自動駕駛儀。主要功用是使飛機保持平直飛行。50年代,通過在自動駕駛儀中引入角速率信號的方法制成阻尼器或增穩系統,改善了飛機的穩定性,自動駕駛儀發展成飛行自動控制系統。50年代后期,又出現自適應自動駕駛儀,能隨飛行器特性的變化而改變自身的結構和參數。60年代末,數字式自動駕駛儀在阿波羅飛船中得到應用。

BEA系統公司(http://baesystems.com)是全球最大的自動駕駛儀生產商,1999年11月由英國航空航天公司(BAE)和馬可尼電子系統公司(Marconi Electronic Systems)合并而成。2000年,在世界100家最大軍品公司中居第三位。每年營業額為123億英鎊,定貨額為375億英鎊。1999年凈銷售額為89.29億英鎊(144.49億美元),其中軍品銷售額為58.37億英鎊。主要有9個領域:飛機、軍用和民用固定翼飛機、軍用電子、反潛武器(ASW)、C3Ⅰ系統、導彈、軍械系統、空間系統以及系統集成。

在無人飛機用自動駕駛儀上,加拿大MicroPilot公司占據著領導地位,在國內清華大學微系統與控制技術研究室在進行這方面的研究。西北工業大學,南航,北航幾所高校是我國無人機研制比較成功的高校。另外南京總參六十所,也是我國無人機研制的主要力量之一,而且具有不俗的生產能力。

1.3、吊艙

吊艙穩定系統結合了用以指示方位及姿態的陀螺儀與機械穩定部分的吊艙或云臺的系統,主要用于直升機上,懸掛于機頭前下方,航船和車載方面也有廣泛應用。該系統配合不同的載機,用途分為兩種:軍用和民用。

軍用吊艙可在軍用直升機和坦克戰車上應用,吊艙配合紅外成像裝置、測距設備一并構成目標瞄準和追蹤系統,同時也可為載體提供導航信息。軍用吊艙系統要求陀螺儀有較高的精度和較強的耐環境適應性。

民用吊艙大多用于民用直升機上,一般配備攝像機,用途廣泛,包括空中拍攝、電力巡線、人員搜救、公安執法、偵察追蹤、火災防患、以及城市規劃等等。

上個世紀八九十年代,在美國戰斗機和直升機上出現了用于瞄準和制導的吊艙之后,國內對穩定吊艙系統已經非常重視,鼓勵國內工廠和公司自己生產吊艙穩定系統,以增強國家實力。

目前,已研制出穩定吊艙系統有一航613所、衡陽北方光電信息公司、武漢華之洋公司、彼岸科儀公司等等,這些公司的吊艙產品都可用于國防方向,同時也可滿足民用需求。

2、航海

捷聯式慣性系統在艦艇上的工程應用始于20世紀80-90年代。在艦艇上的應用主要可分為姿態基準和導航系統(或制導系統)兩類。前者在國外常稱作航向姿態基準系統(Attitude  and Heading Reference System),簡稱航姿系統(AHRS),后者在國外包括慣性導航系統和陀螺羅經與垂直姿態基準系統(相當于國內的平臺羅經)。

當光纖陀螺的精度有所突破后,國外很快研發了一系列由光纖陀螺構成的捷聯式系統。由于光纖陀螺可以做成精度不等的傳感器,因此國外生產的光纖陀螺捷聯式系統的精度范圍較寬,如LITE公司的LCR-93μAHRS型和LFK-95型以及C.PLATH公司的SR2100型的精度較低,法國iX-SEA/Photonetics公司的Octans和M-PHINS型的精度很高。光纖陀螺既可制成低成本的航姿系統,也可做成高精度的慣導系統。

2.1、AHRS

自從20世紀80年代以來,國外不斷地涌現出各種捷聯式慣性系統,最早問世的艦載捷聯式航姿系統有美國LIT-TON公司的LP-81型、德國LITEF公司的LSR-85型、C. PLATH公司的NAVISTAB型以及法國SAGEM公司的SCL-2型等,系統中的慣性測量裝置(IMU)的體積小和重量輕,可以安裝在艦炮和雷達天線的旁邊,直接測量這些戰位點所在位置的載體坐標系相對于導航坐標系(如地理坐標系)的運動參數,所求得的姿態角消除了甲板變形引起的誤差。其次,此類系統尚可向艦艇提供三維角速度和三維線速度。在大型水面艦艇上,它主要用于提供姿態基準,在小艇上也可用于導航。這些型號中的IMU采用了動調陀螺儀和撓性加速度計。如采用中等精度的動調陀螺,航姿系統不能自主找北,需依靠平臺羅經或磁傳感器提供航向基準。如采用高精度動調陀螺,系統能提供相對于真北的真航向,加上相應的軟件可以成為陀螺羅經與垂直參考基準。

國內自上世紀90年代開始研發艦載捷聯式航姿基準系統,迄今已有兩種基于動調陀螺的產品裝艦使用,由東南大學和453廠合作研制的捷聯式基準已經裝備了多型艦,滿足了艦上主炮、副炮和雷達天線對高精度姿態基準的要求。由國內研制的另一型產品也已經裝艦使用。東南大學和航天集團某研究所也正在合作開發了由光纖陀螺構成的捷聯式航姿基準原理樣機。

2.2、平臺羅經

平臺羅經是軍用產品,它和大多數只能給出航向信息的陀螺羅經有很大差別。它除了能輸出精確的航向信息外,還能提供精確的艦艇橫搖和縱搖姿態信息。用以穩定雷達、瞄準裝置、火炮和導彈發射架。與羅經不同的另一點是平臺羅經必須能在各種軍用環境下持續工作,并保持高的性能精度。

第一臺平臺羅經是40年代末由美國斯佩里公司研制成功的,軍用型號為MKl9mod3,美國將其稱為第一代平臺羅經。后來,又在其基礎上改進發展了a、b、c和d四種型號,廣泛裝備在美國海軍及其盟國的軍用艦艇上。

到70年代,由于科學技術的飛速發展,現代海戰的概念、艦艇設計和武器系統都有了很大的改進,因而對平臺羅經又提出了新的要求,其中包括:①減少操作人員;②要求總的壽命周期成本低,即不是片面要求售價低,而是要求設備在使用壽命期間內的總費用,包括售價、維修費用,對操作人員的技術要求、耗電等項總費用最低;③要求電子系統的體積減至最??;④要求可靠性高、可維修性好;⑤新出現的武器系統要求有更高精度的姿態信息。為了順應這種形勢,國外在70年代研制出幾型對國際市場有影響的系統,它們是:美國斯佩里公司的MK29型平臺羅經、美國的利頓公司的AN/WSN-2型平臺羅經、英國馬可尼埃利奧特航空電子學系統公司的NCSl型平臺羅經、西德利鐵夫公司的PL-41/MK3型平臺羅經、法國通用電氣機械公司的MCV3型平臺羅經。

上述大多數系統都是在本國海軍的資助下研制的,因此,可能只符合于具體國家的要求。但是,上述系統都對外國海軍增加了一些附加的功能,因而,它們能控制著國際市場的羅經部分。與70年代以前研制的第一代平臺羅經相比具有如下特點:①精度更高;②可靠性和可維修性更好;③平均故障間隔時間更長;④總的壽命周期成本更低;⑤尺寸更小、重量更輕;⑥大多數系統可轉換為慣性導航系統。

3、石油

3.1、定向鉆井

現在的鉆井技術已經不在停留在垂直鉆井上,而是根據地質條件,改變鉆頭方向,以得到更多的出油。它又分為幾何導向與地質導向二種。

幾何導向:由井下隨鉆測量工具測量的幾何參數:井斜、方位和工具面的數值傳給控制系統,由控制系統及時糾正和控制井眼軌跡。

地質導向:在擁有幾何導向能力的同時,又能根據隨鉆測井(LWD)測得地質參數,實時控制井眼軌跡,使鉆頭沿著地層的最優位置前進。

隨鉆測斜儀是實時監視井下鉆具的有線系統。它能隨時給定向人員提供井斜,方位,工具面方向和井溫等參數。使定向人員實時了解到井下鉆具的去向和工作姿態,便于控制井眼軌跡。這樣鉆出的井眼軌跡圓滑,井身質量好,減少了因井身質量差而造成的鉆井事故。

對世界石油開發局勢有巨大影響的主要有HALLIBURTON公司(包括NL SPERRY-SUN 公司)、SCHLUMBERGER公司(包括ANADRILL 公司)和BAKER-HUGHES INTEQ公司。在激烈的競爭中這三家公司不斷開發和完善自己賴以生存的品牌,共同促進了無線隨鉆測量技術的繁榮和發展。從介紹的國外公司的各類儀器來看,國外已經致力于開發適應惡劣環境下(高溫、高壓、劇烈振動,磁干擾等)的MWD儀器,國內目前還沒有此類儀器的使用報道。國內只有幾家公司、科研院所正處于研究開發MWD儀器的初級階段,與國外相比,在技術上仍然存在一定的差距。

近年來,水平井鉆完井總數幾乎成指數增長,全世界的水平井井數為4.5萬口左右,主要分布在美國、加拿大、俄羅斯等69個國家,其中美國和加拿大占88.4%。在國內,水平井鉆井技術日益受到重視,在多個油田得以迅速發展,其油藏有低壓低滲透砂巖油藏、稠油油藏、火山噴發巖油藏、不整合屋脊式砂巖油藏等多種類型。2006年中國石油水平井工作獲得歷史性的突破,共完鉆水平井522口,相當于2000年至2005年6年完鉆水平井數。500多口水平井,不僅勘探開發成效顯著,施工能力全面提升,還取得一系列重要的技術成果,培養和鍛煉了一支水平井設計、施工和技術服務隊伍。

世界近海石油勘探起始于上個世界40年代,迄今在淺水區一共鉆勘探井17700口,獲新發現2500個,深水區勘探在70年代末才開始,鉆井約2000口,新發現油田約400個,在淺水區,近25年的勘探井數保持在每年約500口,深水區鉆井數目自1997年逐步增加,現在每年要超過100口。近25年,每年獲得的近海石油新發現平均約80個,成功率超過30%。

3.2、管道檢測

管道監測綜合系統(Pipeline Pig)主要用于對煤氣管道和輸油管道的管內監測,此系統主要由導航和測繪模塊以及腐蝕點探測器兩部分組成。導航和測繪模塊的核心部分是捷聯式定位系統,包括三個陀螺儀(型號TRS-500),三個加速度計,同時集成了里程表和DGPS使定位精度更高。腐蝕點探測器,又稱為縱橫式磁探傷儀,由磁系和霍耳效應磁傳感器組成。

目前國外的管道內檢測的技術已經發展得比較成熟,不僅能進行管道檢測,還具有管道維護與維修等功能,是一個綜合的管道檢測維修系統。較有名的監測公司由美國的Tuboscopc GE PII、英國的British Gas、德國的Pipetronix、加拿大的Corrpro,且其產品已基本上達到了系列化和多樣化。

研發與生產集團SPETZNEFTEGAZ以及研發與生產集團SPECTR(葉卡特林堡市)已經把光聯公司研制開發的TRS500型陀螺儀應用到現場中。2006年11月,TRS500作為探傷儀中導航單元的陀螺儀模塊被應用于Kepiyak-Atirau Du(哈薩克斯坦)管道的檢查中。該管道直徑為609.9mm。在管道的檢查過程中TRS500型陀螺儀表現出其卓越的性能并贏得了兩家集團專家的很高評價。

為了避免石油泄漏帶來的嚴重后果,2000年國家已頒布相關法令,規定主干線油氣輸送管道3-5年必須進行管道在線檢測,以便進行運行維護評價。在目前的國家管道建設計劃中,到2010年的時候中國油氣干線管道要達到8萬公里,2015年的時候中國油氣干線管道在10萬公里之上。截止到2015年,建于2006年之前的4萬公里管道需要檢測2-3次,2006-2010年建造的4萬管道需要檢測1-2次,2010之后建造的需要檢測約1次,那么累計有需要被檢測的管道在17萬公里以上。

以10000元每公里的價格計算,到2015年油氣管道檢測市場累計達到17億元,而當中2015年的市場額將達到2億元。而在此后的市場,需要被檢測的管道長度會一直增長,除非技術上的重大突破帶來價格的急劇下降,否則市場金額會持續增長。

4、其它

慣導系統還可應用在陸地導航、平臺穩定等方面,如蘭州242廠生產的KJ-6C自動駕駛儀,漢中531廠生產的BXW-2轉彎儀、ZDP-1地平儀等。

4.1、自行火炮

為提高自行火炮自主作戰能力、快速反應能力和數字化、信息化水平,目前許多自行火炮都配備了慣性導航系統(簡稱慣導系統),某些慣導系統還具有自主尋北功能。

在自行火炮上的慣導系統主要有 3 方面作用:

① 在間瞄射擊時為自行火炮提供精確的本炮位置坐標(包括高程)和火炮定向角,以便火炮根據目標位置坐標、氣象條件等進行諸元解算;② 利用慣導系統的方向保持功能,在火炮對同一目標進行非急促射擊時實現自動復瞄功能;③ 利用慣導系統的導航功能在火炮進入射擊陣地時“找點擺位”,在行軍和機動轉移陣地時起導航指示作用。目前自行火炮上使用的慣導系統多為平臺式慣導系統,隨著新一代實用的慣性元件的發展成熟和成本的不斷降低,以光纖光學陀螺儀和環行激光陀螺儀為代表的光學陀螺儀構成的捷聯式慣導系統在自行火炮上得到越來越多的應用。在自行火炮上,捷聯式慣導系統通常直接安裝在火炮搖架上,使慣性組合的橫滾軸與火炮耳軸平行,偏航軸與火炮身管軸線平行,俯仰軸在身管調平后與大地水平面平行。

基于捷聯式慣導系統的自行火炮火控系統中,省去了橫傾、縱傾姿態角傳感器和高低、方位受信儀,簡化了火控系統結構、降低了成本、提高了系統可靠性。采用捷聯式慣導系統的自行火炮自動操瞄采用一次調炮方式,調炮速度快、直觀、精度高,減少了火控系統反應時間

上世紀 90 年代末,國產某自行加榴炮配備了法國 SAGEM 公司生產的 SIGMA30 激光慣導系統,與 GPS 定位系統一起成為保障單炮自主射擊、自主連測的主要技術設備。SIGMA30 的慣性導航單元安裝在火炮的搖架上,在控制與顯示單元上能夠以動態視圖實時顯示火炮身管方位角、車體姿態及三維坐標,操作上形象直觀、簡便實用。測地成果的精度高,能夠保證自行火炮使用精密法決定諸元。

近年來,國內研制生產的高精度光纖陀螺和激光陀螺捷聯式慣性定位定向導航裝置在國產自行火炮上也越來越多的得到應用,通過試驗,其定位定向和方向保持、自動調炮、自動復瞄、自動瞄準等戰技指標均能滿足系統要求。在國外,2005 年在阿布扎比國際防務展上展出了瑞士 RUAG 地面系統公司研制的已經裝備瑞士陸軍及其他武裝部隊的 M109 式 155 mm 自行榴彈炮,該炮配用導航定位系統(NAPOS),可隨時獲得車輛的位置和火炮的方位信息。NAPOS 的慣導系統就是基于環形激光陀螺技術。另外,英國 BAE系統公司在研的 M777 Protee式 155 mm自行榴彈炮配裝有 BAE 系統公司的激光慣性自動定位系統。

4.2、天線穩定平臺

航空、航天工業的發展水平是一個國家國力強弱的重要標志。機載雷達在其中扮演著重要的角色。天線穩定平臺是機載雷達系統的重要組成部分, 其作用是給天線分系統提供穩定的支撐及控制平臺, 保證作業期間天線波束指向垂直于設計航線的投影。傳統的伺服控制系統是把平臺安裝在飛機上, 把天線安裝在平臺上, 利用慣性元件測出平臺相對于飛機的運動誤差, 再用伺服系統根據飛機慣導的數據來控制平臺相對于飛機作反方向的運動。這樣就相當于平臺隔離了飛機的角運動, 而使天線具有依靠慣性維持固定指向特性, 達到穩定雷達波束指向的目的。該穩定方式目前已取得廣泛應用,但這種結構形式的缺點是需要導引頭有足夠的空間,且成本較高.基于現代戰術導彈體積小、自主性強、能對付大機動目標的發展需要及高性能數字信號處理器的快速發展,捷聯式平臺的研究越來越成為研究熱點之一。捷聯式平臺穩定的優點是減小了導引頭體積,且降低了研制成本,尤其適用于空間上有限制的戰術導彈應用中。這種捷聯式的天線穩定平臺可以利用導彈自動駕駛儀的高精度的陀螺傳感器信息,通過解算來穩定天線指向,為天線穩定平臺與駕駛儀平臺的一體化設計提供了可能性。


友情鏈接