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科技小数据：惯性技术的发展现状分析( 三 )


半球谐振陀螺仪按结构形式可分为两件套和三件套半球谐振陀螺仪 ， 按控制形式可分为全角模式和力平衡模式半球谐振陀螺仪 。 以法国赛峰电子与防务公司为代表 ， 具备0.0005～0.005(°)/h精度范围的半球谐振陀螺量产能力 。 采用全角模式、平面电极 ， 并将陀螺零件数量简化成3个 ， 更易加工、实现低成本和批量化生产 。 在DARPA公布的比较研究中 ， 赛峰电子与防务公司的半球谐振陀螺被评为导航级领域中具有最佳成本、尺寸、质量和功率(C-SWaP)的传感器 ， 可与霍尼韦尔公司的HG9900或诺格公司的半球谐振陀螺仪竞争 ， 如图1所示 。
2019年 ， 赛峰电子与防务公司报道了半球谐振陀螺的最新进展 ， 基于该陀螺的BLACK-ONYX TM DUALCOREHP惯性导航系统质量小于25kg ， 尺寸小于0.028m3 ， 功耗小于50W ， 精度达1nmile/120h 。 同时 ， 凭借着半球谐振陀螺的超高SWaP性能 ， GEONYXTM惯性导航系统可用于火炮和战车的精确导航和指向 ， 如表1所示；此外 ， 基于半球谐振陀螺的SpaceNaute惯性参考系统已被欧洲Ariane6太空发射器选用 ， 预计将于2020年7月首次发射；针对士兵指向应用和便携式系统 ， 赛峰电子与防务公司开发了Sterna超轻寻北仪 ， 可在100s内快速寻北 ， 精度优于0.7mil 。
科技小数据：惯性技术的发展现状分析
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不同传感器C-SWaP随导航性能的变化
【科技小数据：惯性技术的发展现状分析】
科技小数据：惯性技术的发展现状分析
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陆用惯性系统关键特征参数
美国诺格公司在多年半球谐振陀螺研究的基础上 ， 正在开发新型LR-450IMU中的毫米半球谐振陀螺仪 ， 专为质量更小、成本更低的小型平台而设计 。
国外新一代半球谐振陀螺精度已达0.0001(°)/h、10-7的水平 ， 半球陀螺谐振子典型尺寸(直径)在5mm左右 ， Q值达到1×107 。 新一代半球陀螺具有高精度、高可靠、结构简单等优点 ， 且3D微纳制造技术的快速进步 ， 有力地推动了具有MEMS特征尺寸的高线性度微半球陀螺技术发展 。 随着半球谐振陀螺性能的提高和尺寸的减小 ， 其应用范围也不断扩展 。
四、原子陀螺
原子光子领域的重大科学发现和量子调控技术的飞速发展 ， 推动了以核磁共振陀螺、原子干涉陀螺、无自旋交换弛豫(SpinExchangeRelaxationFree,SERF)原子自旋陀螺为代表的原子陀螺性能不断提升 ， 在军用和民用领域已表现出巨大的发展潜力和应用价值 ， 在相关研究机构的共同努力下 ， 其工程化进程日益加快 。
加州大学欧文分校的研究人员介绍了一种用于制造核磁共振陀螺仪和核磁共振磁力计的原子传感器MEMS组件的批处理方法 ， 引入的方法利用了玻璃吹制工艺、折纸式折叠和更传统的MEMS制造 ， 得到的核磁共振陀螺仪角度随机游走为0.1(°)/h1/2；通过开展系统小型化和高精度等关键技术攻关 ， 进一步提高核磁共振陀螺的工程化实现 。 在DARPA的精确惯性导航系统(PreciseIntegratedNaviga-tionSystem ， PINS)和自适应导航系统(AdaptiveNavigationSystem ， ANS)项目支持下 ， AOSense公司的原子干涉陀螺精度达5×10-6(°)/h 。 美国桑迪亚国家实验室的原子干涉陀螺仪内腔尺寸为20mm×30mm×60mm ， 灵敏度为1×10-6rad/sHz1/2 。 在美国的小企业创新研究计划(SmallBusinessInnovationResearch ， SBIR)项目支持下 ， Twinleaf公司的核自旋陀螺精度达1×10-4(°)/h 。
五、加速度计
加速度计正向两级化发展 ， 消费级加速度计的应用领域不断拓展 ， 随着制造商的增多 ， 成本不断下降；军用级加速度计精度不断提高 ， 性能也不断提升 。
1)摆式积分陀螺加速度计精度最高 ， 可达到0.1μg ， 但结构复杂、体积大、价格贵 ， 主要用于战略导弹等高端武器装备 。


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