微型惯性测量组合技术的优化

在各种运动体中，利用陀螺仪测量运动物体的姿态或转动的角速度，利用加速度计测量加速度的变化。陀螺仪功能是保持对加速度对准的方向进行跟踪，从而能在惯性坐标系中分辨出指示的加速度；对加速度进行两次积分，就可测出物体的位移。由三个正交陀螺、三个正交加速度计和信息处理系统就可以构成一种惯性测量组合(Inertial Measurement Unit，IMU)，它可以提供运动物体的姿态、位置和速度的信息，惯性测量组合广泛应用于各种航空航天平台及飞行器的制导系统中。

采用微机电技术制造的微型惯性测量组合(Micro Inertial Measurement Unit，MIMU)，没有转动的部件，在寿命、可靠性、成本、体积和质量等方面都要大大优于常规的惯性仪表。

微惯性测量组合具有明显的军民两用特点，目前首先考虑用于汽车的防滑制动系统(ABS)及其他安全系统，例如用它感受事故中车辆的撞击翻转而启动气枕拉紧安全带，用于汽车GPS/INS 导航地图显示系统，作为汽车“黑匣子”的传感器。另外还可用于摄像机的视线稳定控制、各种娱乐游戏设施、通用航空、车辆自动驾驶和控制、智能机器人、工业控制与自动化、虚拟设备等方面，在汽车定位系统、航运定位系统、宇航员和驾驶员虚拟学习系统、汽车力学研究、汽车停车控制、汽车制动控制、汽车碰撞测试、飞行动力测量、安全系统位移检测、机器人过程控制、机床控制、计算机外围设备，以及医院病人的活动监控等方面都有着广泛的应用。

在军事应用方面，微惯性测量组合在常规兵器中有十分广阔的前景。其在常规武器方面的应用主要可以归结为三个方面：一是解决战术寻的头稳定、自动驾驶仪、短时飞行的导弹、鱼雷引信、低成本罗盘和姿态航向参考系统；二是在正在研制的新的武器系统中加入微惯性测量组合——联合攻击弹药(JDAM)、风偏修正弹药弹箱(WCMD)、联合防区外攻击系统(JSOW)；三是未来微惯性测量组合应用最为活跃的方面——小型制导弹药、智能蒙皮的结构、个人导航、制导炸弹和智能炮弹。(www.xing528.com)

目前常规兵器制导化、战术制导武器的小型化已成为必然发展趋势，自20世纪90年代中期，世界各主要国家都在发展该类武器系统。发展这类武器系统所带来的好处：一是提高武器自身的杀伤力。提高武器系统杀伤力来自两个方面，一方面是提高系统的威力，在这个方面采用微机电系统优点是可以减小武器系统辅助部分的体积、增大系统的战斗部以提高系统的威力，如海军的鱼雷引信系统如果采用微机电惯性系统可使其体积减小到原来的1/10；另一个方面是提高系统命中精度和射程；采用微机电惯性系统带来的另一个优点是着眼于战术运用与后勤保障。

以常规炮射弹药为例，传统的常规炮射弹药均为无控飞行，命中精度较差。新一代弹药要求进一步提高射程和散布精度，由微机电陀螺和加速度计集成的微机电惯性系统具有成本低、尺寸小、质量轻、功耗少、可靠性高、抗振动冲击能力强、适于大批量生产等特点，正可满足常规兵器的低成本、批量大、工作环境恶劣等要求。它与火箭增程技术和滑翔技术结合，可使炮兵弹药在有效提高射程的同时，提高弹药的命中精度，给弹药发展带来革命性的变化。从可以预测的应用趋势来看，微惯性测量组合在新一代制导弹药中应用将成为其最活跃的领域。