平臺、捷聯慣導系統維修保障專利差異分析

田靜分 孔立軍 焦梅素

（石家莊海山實業發展總公司，河北 石家莊 050208）

平臺、捷聯慣導系統維修保障專利差異分析

田靜分 孔立軍 焦梅素

（石家莊海山實業發展總公司，河北 石家莊 050208）

本文從慣性導航系統的結構、原理等方面比較了平臺式慣導和捷聯式慣導的異同。通過二者在實驗環境、設備保障、定期標校等方面的分析，找出維修差異，為平臺、捷聯式慣導系統的維修保障提供參考。

平臺式慣導；捷聯式慣導；維修保障差異分析

與世界發達國家相比，慣性導航技術在我國起步較晚，經過幾十年的研制，兩大關鍵慣性元器件陀螺和加速度計從液浮式到撓性支撐，系統實現從平臺式到捷聯式，導航方式從純慣性導航到與衛星組合導航。目前，我國投入使用的有平臺式和捷聯式兩類慣性導航系統，中高精度的平臺式慣導已經批量裝機使用，低成本、中等精度的捷聯式慣導已經批量生產并投入使用。

隨著裝備的陸續到壽，目前平臺式慣導系統已經開始翻修，可以預見，捷聯式慣導系統也將面臨同樣問題，因此有必要對其維修保障所需實驗環境、測試設備、標校要求等與平臺式慣導系統進行對比分析，進而做到有的放矢。

1 平臺式慣性導航系統與捷聯式慣性導航系統的異同

將陀螺儀和加速度計等慣性元件安裝在一個機械穩定平臺上，模擬當地地理坐標系是平臺式慣導的顯著特點，在平臺內建立實際導航坐標系，并且與載體振動隔離，慣性敏感元件工作在穩定良好的環境中，導航計算量小，慣性元件的輸出較易補償和修正。但是其結構復雜，體積大，成本高，維修費用十分昂貴，可靠性較差。

捷聯式慣導的最大特點是沒有機械式陀螺穩定平臺，將慣性敏感元件陀螺和加速度計直接固連到運載體上，它們的三個敏感軸分別相互垂直，組成機體坐標系。三個單自由度陀螺分別敏感載體角速度，計算機直接與陀螺輸出的數字信息進行綜合，經處理解算得到的姿態矩陣把機體坐標系變換到導航坐標系，然后進行導航參數計算?？梢?，捷聯式慣導系統中已不再有實體的穩定平臺，平臺的作用已由計算機及其軟件的作用代替，所以也稱捷聯式慣導系統采用的是“數學平臺”。

2 兩類慣性導航系統維修保障差異

通過捷聯式慣導與平臺式慣性導在結構、原理上的不同對比，可以從以下幾個方面分析二者在維修保障時的不同需求：

2.1 實驗環境

對于平臺式慣導，平臺用于模擬一個導航坐標系，把加速度計的測量軸穩定在導航坐標系，并用模擬的方法給出載體的姿態和方位信息。由于其物理穩定平臺結構精密，為四環框架，平臺要精確實時跟隨地理坐標系，要求其環架結構轉動均勻靈活，工程實現上對其裝調環境有著嚴苛的要求，實驗室潔凈度不低于十萬級，人員保證在全防護狀態下才能對臺體進行裝調工作，否則過多的塵埃極易造成摩擦力矩大，進而影響臺體性能指標；平臺式慣導中，“挑剔”的臺體通過減震器已經裝在穩定、可靠的機箱中，故系統級實驗只需在相對封閉、防靜電的環境中即可。

對于捷聯式慣導，其顯著的特點即為與載體固連，其角速度敏感元件為全固態陀螺儀，臺體裝調環境要求較低，滿足三十萬級就可以正常工作；系統級實驗也需在相對封閉、防靜電的環境中，與平臺式慣導相同。

2.2 設備保障

由加速度計和陀螺儀實現的功能可知，加速度計用來敏感加速度，陀螺儀用來敏感角速度，而達到慣性級儀表要求的加速度計隨機零位偏差應優于10-4g（1g=9.8 m/s2），陀螺儀的隨機漂移率應優于0.01°/h，這樣二者在慣性導航系統規定的初始對準時間內才能精準找到當地水平面和測出當地地球自轉角速度分量，故在實驗室中要把兩大慣性器件的性能進行精確測定就要將外界振動干擾進行專門隔離，這就需要創建穩定基礎，通常是在實驗室進行基礎建設剛開始就要將地基留好。當然，無論是捷聯式慣導還是平臺式慣導對此要求都是一致的。

由于純慣性導航參數短時間內精度較高，但誤差隨時間快速積累而導致系統精度迅速降低，長時間工作后便無法滿足導航精度要求，實時用衛星信息對慣導進行校正形成組合導航系統，可以很好的解決這個問題，為此實驗室需要衛星轉發器、信號傳輸電纜及發射天線。在這方面，平臺式與捷聯式慣導需求也是一致的。

慣導系統調試完成后需要多維度的實驗，全面模擬外場復雜的使用環境，以此驗證系統的性能及功能。在北向基準轉臺上通過與轉臺基準比較航向角、姿態角的輸出，驗證系統的航向、姿態精度，實驗室需要北向基準的建立；雙軸自動轉臺實現常溫下的靜止導航實驗，驗證系統的位置精度、速度精度；振動臺和高低溫箱驗證系統在惡劣環境下的導航精度；工程實驗車驗證系統在動態環境下的導航精度，接口及功能測試設備驗證系統對外交聯信號輸入輸出的正確性。慣導系統固然都需這些設備，但是因為兩類慣導在硬件連接、測試軟件等方面的巨大差異，設備通用性不強。

由于平臺式慣導是在恒定溫度下工作，系統內部自設溫控回路，結合調試方法可以知道系統級實驗需要配置通風冷卻裝置；而捷聯式慣導的啟動工作對溫度沒有要求，無論在外場使用環境還是內場實驗室都不需通風冷卻裝置，但因其調試階段需要對陀螺和加速度計進行全溫度范圍內相關參數的測試及補償，也就是溫度標定，所以帶溫度控制的轉臺（簡稱溫控轉臺）需要配置。

為保證平臺式慣導的穩定平臺與捷聯式慣導的激光陀螺工作在適宜的環境，二者都需要密封充氣裝置，又由于兩種臺體在結構組成上的巨大差異，使得該設備不可通用。

此外，平臺式慣導系統內部的陀螺儀、加速度計均為撓性支撐，撓性頭比頭發絲還要細，在非工作狀態十分脆弱，極易損壞，捷聯式慣導的加速度計也是如此，因此無論是慣性敏感元件還是臺體組件或者慣性導航系統，在轉工運輸過程中都要放到專門的減震周轉箱，防止磕碰損傷。

2.3 定期標校

前面提到，慣性導航系統的誤差會隨著時間而累積，兩大關鍵慣性器件陀螺和加速度計的性能指標也會發生變化，標校就是對慣性導航部系統基本參數的標定和校準，使之滿足使用要求。平臺式慣導的臺體零部件維修更換因為在要求苛刻的環境中實現，故外場標校需要環境、設備齊全的工程車，而捷聯式慣導的慣性敏感元件直接與載體固連，故其相關參數的全面標定需要在設施齊全的實驗室環境中才能進行，配有采集軟件的筆記本在外場環境下只可實現基本參數的簡單標校。

3 結語

本文針對已經開始翻修的平臺式慣導和即將進入翻修期的捷聯式慣導從結構、原理方面進行了比較，重點在維修保障涉及的實驗環境、設備保障、定期標校等幾個方面進行詳細闡述對比，得出平臺式慣導與捷聯式慣導的實驗室基礎建設及衛星信號轉發需求一致，環境要求、設備保障需求不盡相同的結論。應注意的是裝備實際維修保障時要根據維修級別、維修深度進行相應的實驗室建設。

［1］李躍，邱致和.導航與定位［M］.北京：國防工業出版社，2008.

［2］于波，陳云相，郭秀中.慣性技術［M］.北京：北京航空航天大學出版社，1994.

［3］李曉峰.捷聯慣導和組合導航的仿真研究［D］.西安：西安電子科技大學，2010.

Difference Analysis of Maintenance Support Patent in Plantform Inertial Navigation System and Strap-down Inertial Aavigation System

Tian JingfenKong LijunJiao Meisu
（Shijiazhuang Haishan Industrial Development Corporation，Shijiazhuang Hebei 020208）

Based on the structure and principle of the inertial navigation system，the similarities and differences between the platform inertial navigation system and the strapdown inertial navigation system are compared.Through the analysis of the two aspects in the experimental environment，equipment support，regular calibration and so on，to find out the maintenance differences，to provide reference for the maintenance of the platform and the strap down inertial navigation system.

plantform inertial navigation；strap-down inertial navigation；difference of maintenance support

2016年河南省各省轄市及直管縣（市）專利申清量統計表（7月）

2016年河南省各省轄市及直管縣（市）專利授權量統計表（7月）

V249.322

A

1003-5168（2016）07-0092-02

2016-6-30

田靜分（1982-），女，碩士研究生，工程師，研究方向：捷聯慣導系統的修理及保障。