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科技小数据：惯性技术的发展现状分析( 二 )


光纤陀螺惯性系统方面 ， 美国诺格公司推出光纤惯性导航系统SeaFind ， 可提供与MK39环形激光陀螺罗盘系列惯性导航产品相同的性能水平 ， 尺寸比之前大大减少,大小仅为250mm×250mm×127mm；法国SBGSystems公司在美国丹佛举行的国际激光雷达测绘论坛(InternationalLiDARMappingForum,ILMF)上宣布推出HorizonIMU ， 这是一款基于光纤陀螺的高性能惯性测量单元(InertialMeasurementUnit,IMU) ， 专为要求苛刻的测量应用而设计 ， 如高海拔地区无人机的数据采集、密集城区的移动测绘以及自动驾驶平台的测试 。 法国iXblue公司在SAS2019上公开了一款新型军用战略级光纤陀螺惯导系统MARINSM11 ， 导航精度达到1nmile/15d ， 可用于水面舰船和潜艇导航 。
光纤惯性系统的应用方面 ， Draper实验室为美海军三叉戟II计划(潜射弹道核导弹+战略核潜艇)研究的新型制导系统 ， 选择用干涉式光纤陀螺仪代替原始的机械陀螺仪 ， 这标志着干涉型光纤陀螺惯性系统逐渐用于战略武器 。
光纤陀螺朝着战略级超高精度、导航级强环境适应性、集成化超小型低成本方向发展 ， 通过开展光纤陀螺噪声抑制、精密绕环、纠缠光子、集成芯片等技术研究提高陀螺的精度和稳定性 ， 降低其体积和成本 。
二、MEMS陀螺
现有MEMS陀螺主要基于哥氏效应 ， 包括线振动式MEMS陀螺仪、角振动式MEMS陀螺仪、振动环式MEMS陀螺仪和悬浮转子式MEMS陀螺仪 。 精度范围覆盖0.01～500(°)/h ， 以其体积小、质量小、功耗和成本适中、可靠性高等特点在精确制导弹药、汽车和消费电子领域中得到大量应用 ， 是近期惯性技术领域重要的研究热点之一 。
国外军用MEMS陀螺技术路线和商用MEMS陀螺技术路线完全不同 。 美国DARPAMicro-PNT等项目重点支持振动环式和悬浮转子式MEMS陀螺仪的研制 ， 并取得很好结果 。
在DARPA精确鲁棒惯性制导弹药的先进惯性微传感器(PreciseRobustInertialGuidanceforMunitionsAdvancedInertialMicroSensors,PRIGMAMIS)子项目支持下 ， 卡内基·梅隆大学的研究人员通过声学和光学组件的材料和器件设计实现了陀螺性能增强 ， 声光陀螺仪在灵敏度(9x)、信噪比(13x)和稳定性(超过100s)方面性能得到提升 ， 同时器件外形尺寸减小了一半；密歇根大学的研究人员提出了一种用于高Q值陀螺仪精密壳集成谐振器的改进设计和制造方法 ， 在7000g冲击下成功测试了壳的抗冲击能力 。 在DARPA微型速率积分陀螺(MicroRateIntegratingGyroscope ， MRIG)项目支持下 ， 密歇根大学的研究人员成功研制了一种Q值达154万的真空封装熔融石英鸟盆型微谐振陀螺仪 ， 零偏稳定性达0.0103(°)/h 。 在DARPA活跃层主次级校准(PrimaryandSecondaryCalibration）加州大学欧文分校的AndreiMS团队介绍了微加工熔融石英半环形壳设计和制造的最新进展 ， 该制造基于微玻璃吹制工艺 ， 经证实可实现高Q值(170万)MEMS谐振子和陀螺仪 。
此外 ， 2019年4月 ， 霍尼韦尔公司报告了其用于平台稳定的MEMS面外陀螺仪性能结果 ， 实现了优于0.006(°)/h1/2的角度随机游走和0.2(°)/h的中值零偏稳定性 。 作为驱动和检测模态下的特征传感器 ， 频率间隔大于700Hz ， 从而允许带宽大于300Hz 。 HG6900IMU将集成这些传感器 ， 体积为259cm3 。 2019年9月 ， 霍尼韦尔公司推出了基于MEMS技术的HGuidei300IMU和HG4930S-ClassIMU两款新型IMU ， 力求实现小型化、低功耗和经济高效的光纤陀螺替代方案 。
国外相关研究机构不断开展研究以提高MEMS陀螺的精度 ， 通过在微加工、专用集成电路、测控电路、结构与材料等方面开展优化设计 ， 将MEMS陀螺的精度提高到导航级 ， 并不断降低其体积和成本 。 MEMS惯性器件具有巨大的潜力 ， 可为移动设备创造新的应用领域 ， 并具有更大的灵活性和更高的可靠性 。
三、半球谐振陀螺
半球谐振陀螺作为最具潜力的哥氏振动陀螺 ， 最高精度可达0.0001(°)/h ， 连续工作15年的可靠度高达0.995 ， 在同等精度陀螺中具有体积质量优势 ， 半球谐振陀螺及其系统逐步在空间、航空、航海等领域开展应用 ， 成为近期惯性技术领域的研究热点之一 。


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