“精导”科普万花筒（13）导弹的“内眼”：惯性测量装置

几乎所有的导弹都要用到惯性测量装置。雷达和光学传感器是导弹的“眼睛”，它们主要用来观测作战目标和外部战场环境。而惯性测量装置可以说是导弹的“内眼”，它主要用来测量导弹自身的运动状态，是惯性导航的主要敏感器，包括陀螺仪和加速度计。

陀螺仪是什么呢？陀螺仪是利用陀螺特性制成的测量仪器。陀螺是大家比较熟悉的，小孩子玩的“地转子”，杂技演员抖的“空竹”，都是陀螺。把它高速转动起来以后，如果我们不去推它，不管底面如何倾斜，陀螺的转轴总保持和地面垂直。陀螺转得越快，它的这股“倔劲”越大，越能使转轴的方向保持不变，这叫陀螺的“定轴性”。

陀螺旋转后保持稳定

陀螺仪由转子、内框、外框和底座组成。这种机械式陀螺仪，已经被更先进的激光陀螺仪、光纤陀螺仪替代。将陀螺仪装载导弹上，可以分别测出弹体上下、俯仰或左右偏航以及绕中轴滚动的角度。

皮埃尔·居里把陀螺的特性加以扩展引伸，说了一句名言，或者说“金句”：“当我像嗡嗡作响的陀螺一样高速旋转时，就自然排除了外界各种因素的干扰，抵抗着外界的压力。” 我们看这幅图，居里夫人太有名了，这个皮埃尔是她的丈夫。他也是著名的物理学家，1903年与夫人同获诺贝尔奖。

按照惯性测量装置在导弹内部的安装方式，可把惯性制导系统分为平台式和捷联式两类。我们先看平台式，平台式惯导系统的测量装置一般安装在弹体内部的常平架上。这种制导系统的测量条件较好，控制系统的运算量也较小，但重量和尺寸较大，适于大型飞行器。因此，洲际弹道导弹、潜地弹道导弹、远程巡航导弹和大型的运载火箭基本上都采用平台式惯性制导系统。左下图就是惯性制导稳定平台。

惯性制导稳定平台

微型光纤陀螺仪

还有一种叫捷联式的测量装置，它直接安装在弹体上，而不是装在常平架上。它省去了惯性平台，制导系统体积较小，重量较轻，可靠性也较高，这是它的优点。因为测量装置直接装在弹体上，就随着弹体在颠簸、翻滚，坐标系就经常的在变，需要高速大容量的计算机对运动参数进行实时的坐标变换，才能获得所需的制导数据；还要克服测量装置直接承受的弹体振动、冲击及角运动带来的动态误差。现代战术导弹多采用捷联式惯导系统，惯导系统的英语简写INS。右上图是一种捷联式的惯性测量装置——微型光纤陀螺仪。（来源：国防科技大学“科普中国”共建基地）

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