《表1 美国典型的旋转惯导系统参数》

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《惯性/星光组合导航系统在临近空间高超声速飞行器上的应用研究》


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单纯依赖惯性器件提高系统性能在成本和技术上都存在较大难度,因而,先进的系统技术一直以来都是惯性导航技术的研究热点。在机械转子陀螺仪时代,惯性系统以陀螺稳定平台式为主要设计结构,机械构造复杂、体积庞大且成本昂贵。随着光学陀螺仪和电子计算机技术的发展,在20世纪90年代以后,惯性系统已实现了从平台式到捷联式的技术过渡,利用数字平台代替复杂的机械平台结构,可靠性和经济性都得到了提升。为进一步消除器件误差对导航精度的影响,台体翻滚结构被推广到捷联式惯性系统中,通过在IMU单元外附加旋转和控制机构,利用旋转来平均掉惯性元件的漂移对导航性能的影响,称为旋转调制技术。20世纪80年代,斯佩里公司开始研制机械抖动激光陀螺单轴旋转惯导系统,开发了MK39 Mod3C单轴旋转式导航系统,随后又在MK39 Mod3C的基础上发展改型了WSN-7B单轴旋转惯导系统。MK39 Mod3C和WSN-7B的惯性测量单元使用了霍尼韦尔公司的三角形数字积分陀螺DIG-20,其中3个DIG-20型机械抖动陀螺的抖动频率分别为525 Hz、565 Hz和20 Hz,漂移和随机游走系数分别为0.0035(°)/h和0.0035(°)/h1/2。它们均采用了单轴四位置旋转调制方案,系统的自主导航精度达到1 n mile/24 h以内,大量产品的平均导航精度约为0.6 n mile/24 h。单轴旋转方案虽然能够对多项误差进行调制,但却不能调制垂直陀螺和加速度计的常值误差。20世纪80年代末,斯佩里公司和霍尼韦尔公司开始合作研发双轴旋转方案。1989年11月,研发出MK49型双轴旋转调制激光惯导系统。该系统在原有单轴旋转调制基础上,在滚转方向上增加了转位机构,使得系统可以绕滚转轴和方位轴进行-180°~+180°定序转动。采用双轴旋转调制方案的MK49系统可自校准、隔离载体滚转和方位运动等。同单轴方案相比,双轴方案能够调制垂向惯性器件误差,大大提高导航精度,可实现0.46 n mile/72 h的精度。进入20世纪90年代后,斯佩里公司在MK49的基础上发展了WSN-7A双轴旋转系统。AN/WSN-7A的导航精度据称可达1 n mile/14 d,重调周期可达14天,代表了行业的先进水平。21世纪初美军已在包括核动力航母、核潜艇、驱逐舰等装备上配置了72套AN/WSN-7A双轴旋转激光惯导。美国典型的旋转惯导系统及部分参数见图2与表1。