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1、中北大学信息商务学院2014届毕业设计说明书1引言1.1行迹仿真技术发展简史航迹仿真导航系统是一个利用测量元件测量载体的角速率和加速度,并依靠推算方法确定载体速度、位置的导航系统。它最大的优点就是自主性,可以在不依靠外界信息或不与外界发生联系的情况下,保证载体如军用飞机、水面舰艇、潜艇等独立、自主、安全、隐蔽地完成导航任务。因此舰载航迹仿真系统在航天航空及航海领域得到了广泛的应用,在军事上更具有不可替代的作用。航迹仿真技术的发展历史按其理论的建立、学科技术的发展以及制造工艺的进步大致可以划分为4个阶段[1]:第一阶段为上世纪30年代以前,是舰载仿真技术理论
2、的主要发展时期。1687年牛顿建立了牛顿三大定律,给惯性导航提供了原始理论基础；1852年,傅科把高速转子安置在万向支架系统中构成了陀螺仪,成为了惯性仪表的始祖；1907年,安修茨制成了世界上第一个能依靠重力力矩自动找北的摆式陀螺罗经；1923年,舒勒在研究消除陀螺罗盘加速度误差时发现了舒勒调谐原理。此阶段为日后的发展奠定了理论基础。第二阶段约从1940年开始,此阶段舰载航迹技术的研究内容从惯性仪表技术扩展到了舰载导航系统技术；1942年,德国在V-2火箭上首次采用了制导系统并成功应用,震惊了世界；紧接着50年代,美国成功研制出能减少陀螺仪支撑轴上摩擦力矩
3、的单自由度液浮陀螺仪,并很好的应用于舰船惯性导航系统中；1963年,激光陀螺问世；60年代末期,动力调谐陀螺研制成功,期间,ChristianHuygen发明了第一个能够连续频率输出的加速度计,与此同时捷联惯导的理论研究也趋于完善。第三阶段从70年代初期开始,惯性技术的发展步伐加快,基于新原理、新技术、新工艺的新型陀螺和加速度计陆续问世,相应的惯性导航系统也开始发展起来；70年代底80年代初环形激光陀螺鉴定试验成功后,激光陀螺惯性系统逐步得到广泛应用；90年代微机电陀螺、光纤陀螺及其相应的惯性系统开始得到应用,且粒子陀螺、音叉振动陀螺等一些新型陀螺也相继出
4、现第三阶段惯性技术的发展为进一步提高惯导系统的性能打下了基础,也为惯性导航系统的应用推广做出了贡献。第四阶段从第41页共41页中北大学信息商务学院2014届毕业设计说明书21世纪以来,惯性技术的发展目标己变为研制出精度更高、可靠性更好、成本更低、体积更小、重量更轻、更数字化、应用领域更加广泛的惯性导航系统。目前,应用精密机械、微电子学、半导体集成电路工艺等技术制成的微机电惯性仪表正在迅速兴起,陀螺的漂移也在不断减小,已可低至且随着计算机速率的提高、容量的增大,捷联惯导系统的性能也得到大幅提高,在低成本、短期、中精度的惯导应用中大有取代平台式惯导系统的趋势。
5、1.2国内外舰载航迹仿真发展现状惯性导航系统是舰船的一个核心设备,是保障舰船安全、隐蔽的重要设施,因此各国对惯导技术都非常重视，争相投入人力、物力去发展它。美国一直是舰载惯导技术的领跑者,致力于提高惯导系统的精度、可靠性,减小其尺寸、质量,降低其成本以及发展其与数字处理技术的结合；英国、法国、俄罗斯、以色列以及我国正在加速追赶美国，其中英、法的能力在除了最精确惯导系统和传感器以外的方面基本接近美国；俄罗斯和我国在光纤陀螺和激光陀螺上已拥有基本的生产能力；巴西、意大利、印度、瑞典、南非等国的惯性技术正处于发展中,他们的主要问题是市场需求仍未达到一定规模；德国
6、、日本等国只专注在惯性技术的少数方面,系统总体集成技术仍有很大进步空间。我国于1958年开始舰载惯导系统技术的研究,经过50多年的努力,已形成一定规模的研发与生产能力,并拥有一批惯性技术研究与生产队伍,也取得了一定的成绩,但与国际先进军事大国美国相比,仍有明显的滞后。目前,我国舰载惯导系统的现役产品仍都是采用锅材液浮陀螺的平台式惯导系统,整个系统没有运用任何监控技术,只满足了最基本的导航要求；不过其完善工作都在陆续进行中,各项技术也已相继取得突破,采用液浮陀螺的平台式惯导系统正在走入追求精度的阶段；另外,国产静电陀螺替代原俄产引进陀螺的工作也正在进行中,而
7、激光陀螺导航仪虽已在研制,也具备了在中高精度场合广泛应用的潜力,但距最终实现仍需一段时间；光纤陀螺的研究也在火热进行中,美国正积极开展其替代激光陀螺和静电陀螺的研制工作,但国内相应的惯导系统尚没有达到应用水平[2]。1.3国内航迹仿真技术的研究现状惯导系统作为武器舰船、飞机等的核心设备,其导航的精确度对我国航海航天事业的发展起着至关重要的作用。近年来,随着我国的日益强盛,航海航天事业得到了大力发展,这也推动了惯导技术的不断发展。七十年代,我国自行研究设计的舰艇仿真器等其他各种训练模拟器陆续成功投入市场,给岗位人员的培训提供了很多方便；八十年代,我国研制出制
8、导导弹等一系列半实物仿真平台,为各型武器的研制做出了杰出贡献；进入
