国产飞控机的突围：惯性传感器篇

在上一篇《国产飞控机的突围：处理器篇》中，我们介绍我国处理器的现状以及主要公司、主要产品的性能特点。就飞控机系统而言，处理器是控制的核心，但是控制系统正常发挥作用，同样离不开各种传感器。就飞行控制而言，主要是一些MEMS器件，主要包括惯性传感器（陀螺仪、加速度计、磁力计）、气压计、空速计以及其它一些AD、电阻、电容、电感等电子器件。这篇文章我们就来看看国内惯性传感器的发展情况。

惯性传感器（IMU）主要用来检测和测量加速度与旋转运动的传感器。其原理是采用惯性定律实现的，这些传感器从超小型的的MEMS传感器，到测量精度非常高的激光陀螺，无论尺寸只有几个毫米的MEMS传感器，到直径几近半米的光纤器件采用的都是这一原理。

惯性传感器包括加速度计(或加速度传感器)和角速度传感器(陀螺)以及进行单、双、三轴组合从而形成IMU(惯性测量单元)以及AHRS(包括磁传感器的姿态参考系统)，以达到集成化、多功能的运动状态的测量。最基础的惯性传感器包括加速度计和角速度计（陀螺仪），他们是惯性系统的核心部件，是影响惯性系统性能的主要因素。尤其是陀螺仪其漂移对惯导系统的位置误差增长的影响是时间的三次方函数。而高精度的陀螺仪制造困难，成本高昂。因此提高陀螺仪的精度、同时降低其成本也是当前追求的目标。

作为航空、航天领域关键的测量器件，惯性传感器一直是涉及国家国防安全的关键器件之一。因此，其研发、生产一直深受国家相关部门重视。在我国，就研究机构而言，研究MEMS惯性传感器的大学包括：北京清华大学、北京大学、北京航空航天大学、北京理工大学、北京信息工程大学、太原中北大学、哈尔滨工业大学、黑龙江大学、大连理工大学、西北工业大学、上海交通大学、南京航空航天大学、南京东南大学、长沙国防科技大学、重庆大学、浙江大学等。

国内惯性传感器的生产的大头一直是中航、航天、兵工、中船等和国防直接相关的国有单位。根据中国报告网发布《2017-2022年中国导航设备市场运营现状及发展趋势前瞻报告》，我国从事惯性技术产品研发及生产的企业主要为航天科工33所、航天科技九院、航空618所、船舶707所、兵器导控所等军工科研院所。

中船重工707所地处天津，成立于1961年，是我国船舶行业惯性导航技术的国家队。707 所主导专业领域为惯性导航系统、舰船操纵系统、惯性元件以及军用抗恶劣环境加固计算机等产品的开发、研制和生产，是一个以惯性导航、综合导航和舰船操纵控制系统研制和装备生产为主，以“机光电”一体化为专长，以信息科学为前导，拥有精密惯性仪表与系统实验室，舰船自动操纵实验室、环境试验室等国防工业重点实验室的高新技术科研实体。

除707所以外，中船重工集团旗下还有两个惯导设备配套器件生产企业——西安东风仪表厂和重庆华渝电气仪表总厂。西安东风仪表厂是我国"一五"期间 156 个重点工程项目之一，是生产惯性自导系统、精密仪器仪表和成套电器装置的专业厂；重庆华渝电气仪表总厂现已成为中船重工集团在西南地区最大的船用仪器仪表研发生产基地，专业从事船舶配套、惯性器件及导航等的研制生产。

航天科技集团九院是在中国航天时代电子公司的基础上组建而成。中国航天时代电子公司成立于2003年3月，由原中国航天科技集团航天电子专业15家企事业单位重组而成，集中了科技集团有关惯导、遥测遥控、微电子与计算机、电子元器件的资源。航天科技九院是我国惯性导航领域的骨干力量，目前航天科技集团九院旗下主要科研生产实体包括航天电子及13所、16所、771所、772所四家科研院所。其下属惯导科研生产企业包括13 所、16 所、北京兴华机械厂（230厂）、陕西苍松机械厂（7171厂）、陕西航天导航设备有限公司（7107厂）。2016年上述三个生产厂及13所下属的三家公司（北京航天时代光电科技有限公司、北京航天时代激光导航技术有限责任公司、北京航天时代惯性仪表科技有限公司）的资产通过重组进入上市公司航天电子。

北京兴华一直专业从事惯性器件的研究与生产，致力于航天惯性器件生产技术及精密、超精密加工研究，为我国载人航天、国防事业做出了卓越贡献，其研制的惯性平台系统代表国内最高惯性技术水平，在惯性平台系统特别是高性能惯性导航系统研制方面具有绝对优势。北京兴华主要产品涵盖防务装备惯导、宇航惯导、航天技术应用等领域，其中航天技术应用领域主要包括惯性执行机构研制、精密导电装置、汽车电喷产品以及精密机械加工等四大类。

陕西导航是我国防务装备惯导系统的主要生产厂家，并以航天惯性技术为依托，不断开拓航天惯性产品产业、宇航产品产业、航空系统级产品产业、微特电机产品产业等相关技术研发、生产。陕西导航拥有精密机械加工、特种加工、热处理及表面处理等制造能力、电子产品和精密机电产品装调能力及相应检测试验能力，惯性导航设备精密仪表生产能力居国内领先水平。近年来，陕西导航大力推进产业结构调整，不断提高基础管理和产业发展能力，已形成了惯性平台系统产业、卫星配套产品产业、系统级产品产业和航天惯性技术产业四大产业板块，承担并圆满完成了以战略武器型号、载人航天、嫦娥工程和高新工程为代表的多项型号任务。

陕西苍松是国内惯性器件专业生产单位，主要从事液浮平台设计与生产、挠性捷联惯组、激光、光纤惯性组合、惯性定位定向装置及液浮惯性仪表批量生产，承担了“载人航天”等多个国家重大型号并发挥重要作用，其科研技术能力、产品可靠性、专业覆盖面在我国惯性仪表及导航领域处于前列。近年来，陕西苍松在航天技术应用产业取得了长足发展，其中以自动化生产线为代表的自动化及智能装备产业初具规模，以定位定向、惯性导航、光纤惯导产品、陀螺及电机为代表的惯导技术实现多领域、多行业拓展，精密制造生产能力陆续开始外场配套，三大产业格局基本形成，突破了以往产业板块唯一、产品结构单一的局限。

北京航天控制仪器研究所（13所）始建于1960年1月，作为我国惯性技术的奠基者，承担着国家多项重大核心任务，是国内最重要的惯性技术及产品研制生产基地，在国防领域具有不可替代的地位和作用。13所致力于我国惯性技术的创新与发展，历经几代人的努力，掌握了制约我国新一代惯性器件发展的核心关键技术，拥有了完全自主知识产权的惯性平台系统、挠性陀螺仪及惯性系统、光纤陀螺仪及惯性系统、激光陀螺仪及惯性系统、微机电/微光机电惯性仪表及惯性系统、微特电机与电源、专用测试设备、特种光电传感信息系统等高新技术系列化产品。

在国内开创了高精度平台惯性导航系统、挠性陀螺捷联惯性系统、激光陀螺捷联惯性系统、光纤陀螺捷联惯性系统、光纤传感系统等产品在多个领域首次成功应用，为提升我国防实力、树立航天强国形象、发展国民经济做出了卓越贡献。产品广泛应用于武器系统、运载火箭、载人飞船、卫星、空间站、飞机、舰船、车辆、电力、油田等领域。

（惯导专家谢天怀）

西安航天精密机电研究所（16 所）始建于 1966 年，是航天系统历史最久且唯一从事液浮惯性器件研制的所、厂合一单位。在半个世纪的发展过程中，航天 16 所相继承担了多个国家重大型号并发挥重要作用。目前16所的科研技术能力、产品可靠性、专业覆盖面已经在我国惯性仪表及导航领域名列前茅。16所科研生产实力雄厚，专业覆盖面广。所内下设5个事业部（系统、光纤、机电、制造、机器人）；3类车间（机加、热处理、维修）；7个实验室—平台、捷联、仪表、电子线路、结构、理化、环境；掌握十三类制造工艺；专业范围包括惯性仪表、自动控制、精密机械、电子线路、计算机应用等；具备年产800套光纤陀螺、1000套挠性陀螺、800套液浮陀螺的配套能力。

航天电子2016年收购了航天九院在惯性导航领域的所有生产厂之后，形成了平台式惯性导航、激光惯性导航、光纤惯性导航系列化的元器件及系统的生产能力，主要应用于航天宇航和制导武器领域。2016年考虑到收购合并报表，航天电子在惯性导航领域的收入超过20亿元。航天科技集团九院2014年收入规模为145亿元，净利润7.09亿元。根据中国报告网获取的数据显示，九院下属各个厂和上市公司航天电子的收入总额约 98 亿元，剩余四个研究所的收入规模约为 47 亿元。除去 704 所，假设 13/16/771/772所收入规模相当，那么13所和16所的收入规模约为20~30亿元。整体来看，航天九院在惯性导航领域的收入规模约40~50亿元。

航天科工集团三院33所成立于1965年6月9日，前身为原国营第五五八厂，是我国从事惯控技术研究的核心力量。33所承担着我国多项武器型号研制、国家重大专项、装备预先研究、高新技术探索等任务。是中国惯性技术某重点实验室依托单位之一、军用校准和测试实验室认可的惯性技术和产品测评中心、北京市首个机器人伺服与控制系统工程技术研究中心、航天科工集团量子技术研发中心。

《“数一数”中国航天科工三院33所的50年》提到，33所研制成功中国首个弹用动调陀螺平台惯性导航系统，为多个系列导弹实现远程精确自主导航奠定了基础；研制成功中国首个全国产化激光捷联惯性导航系统，为推动军队装备跨越发展提供了有力支撑；研制成功首个定型装备的光纤捷联惯性导航系统，开创了光纤捷联惯性导航系统在飞航武器领域应用的先河，成为国内光纤陀螺及导航系统发展的里程碑；研制成功高性能快速响应电动舵系统，在国内首次实现电动舵系统在超声速飞行器上的成功应用；在国内首次实现核磁共振陀螺的陀螺效应验证并研制成功国内首个核磁共振陀螺原理样机；在国内首次研制成功放射源装卸机器人并实现工程应用，大力攻关智能机器人核心技术，积极助推中国制造2025发展进程。

加速度计、动调陀螺、激光陀螺、光纤陀螺、微机电陀螺及各类惯性系统、电动舵系统、气压传感系统已处于国内领先或一流水平。承担了以863、973、装备预先研究、自然科学基金为代表的50 余项研究课题；在原子陀螺、光子晶体光纤陀螺等新型惯性仪表的探索方面走在最前沿，持续引领和推动了国内相关技术发展。

航天科工集团三院33所拥有航天惯性、航天青半、航天万方三家公司，形成以北京、涿州、青岛为架构的“三地四区”发展格局。自“十二五”开局至今，保持年均15%以上的经济增长速度。截止到2015年，33所累计实现营业收入205.7 亿元，利润17.2亿元，年度营业收入达到24.8亿元水平，利润突破2.4亿元。

西安飞行自动控制研究所（简称618所），隶属于中国航空工业集团公司航电系统板块，创建于 1960 年，是我国航空工业导航、制导与控制（GNC）技术研发中心。

618所经营范围为飞行控制系统与惯性导航系统研制、高精度惯性器件研制、精密机电器件研制、电子技术应用研究、计算机应用技术研究等。目前以飞行控制、惯性导航与制导（GNC）为主要专业发展方向，面向各类固定翼飞机、直升机、无人机、导弹、车辆等领域，是国家重点扶持的高新技术研究所，产品谱系基本覆盖现役和在研的各型战斗机、运输机、直升机，同时，利用现有技术基础和资源条件，承担了多种无人机导航控制系统和空射导弹的中制导及控制系统配套研制任务，为我国的国防事业做出了巨大贡献。主要导航类产品有：挠性平台式惯性导航系统、挠性捷联综合惯性导航系统、激光捷联式惯性导航系统、光纤捷联航姿系统。

此外，在中航工业集团系统内还有若干个厂生产惯性导航元器件，如陀螺仪和加速计等，主要有宝成仪表厂（212厂）、太原航空仪表厂（221厂）以及华燕仪表厂（141厂），以上三家公司均为上市公司中航电子子公司。

兵器工业集团导控所全称为中国兵器工业集团导航与控制技术研究所，前身为1982年创建的中国兵器工业系统工程研究所，是国家重点保军事业单位，为北方导航科技集团有限公司成员单位。导控所主要围绕兵器导航产业化和弹药制导化，逐步形成了惯性导航、制导控制，制导弹药总体三大业务领域，主要从事陆用惯导、弹用惯导系统工程化研制，制导火箭、弹药总体技术及控制部件工程化研制，卫星导航及无人平台等新技术产品研发，仿真技术及模拟器开发，环境与质量工程研究。其中光纤陀螺产量与工程化技术水平在国内居领先地位，光纤惯导系统产品已成功应用到20多种武器装备中；制导火箭、制导炮弹、制导航弹、高动态卫星接收、训练模拟器等技术达到了国内领先或先进水平。

北方导航的前身为兵器工业集团218厂（北京华北光学仪器有限公司）下属的北方天鸟智能科技股份有限公司，2003年7月上市。2007年8月，在国家大力推进国有资产调整和国有企业重组的大环境下，公司注入218厂军工资产实现整体上市，重组完成后，成为国内第一家军工光电防务资产整体上市的公司。公司主营业务以军品二、三、四级配套产品及军民两用技术产品的研发、生产、销售为主的业务框架，包含四大核心业务(远程压制、航空稳瞄、武器火控、制导与控制) 和以场景观测平台产品、智能机器人、稳瞄系列、温控技术、惯导、低成本导引头为代表的六大核心技术。

除了这些“国家队”之外，近年来的我国民营企业也在惯性传感器持续发力。目前国内生产惯性传感器的厂商主要包括敏芯股份。敏芯股份采用晶圆级芯片尺寸封装技术生产的加速度传感器，公司依靠这一技术在全球范围内率先推出了最小尺寸的 WLCSP 三轴加速度传感器。从产品角度来看，MEMS 惯性传感器是其主要产品系列之一。公司的MEMS 惯性传感器主要为三轴加速度传感器，其MEMS 加速度计目前已成为智能手机和平板电脑等消费电子产品的标配器件，帮助手机在翻转屏幕和电子游戏时进行姿势识别，另外在行车记录仪、可穿戴设备上也有着广泛应用。从产品性能来看，敏芯股份的惯导产品完全满足民用飞控机设计和使用的需求。

无锡慧联信息科技有限公司致力于各种类型的光纤陀螺仪、高速光通信系统、新型光器件以及微波器件的研发、生产和销售，特别在光纤陀螺仪领域，拥有多项专利技术，是国内最具竞争力的光纤陀螺仪供应商之一。公司与北京大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室的全面合作，奠定了公司丰富的技术储备和强大的研发能力，打造了具有自主知识产权的惯导服务平台。公司目前拥有应用于油井测斜、惯性寻北、导航、制导等多领域多用途的各种精度光纤陀螺产品，并具备根据客户需求进行研发定制的能力。

湖南天羿领航科技有限公司主营业务包括：MEMS产品设计研发、生产、封装及代工；硅微陀螺及硅微加速度计的研发生产；惯性导航系统产品的研发及制造，生物芯片研发及制造等。

杭州士兰微电子股份有限公司，是专业从事集成电路芯片设计以及半导体微电子相关产品生产的高新技术企业，公司的主要产品是集成电路和半导体产品。2016年，该公司推出国内首款单芯片六轴惯性传感器SC7I20。SC7I20采用全球最小的2.5mmx3.0mmx0.85mmLGA封装，基于完全自主知识产权的单芯片MEMS传感器、低功耗高精度信号处理电路、低应力高可靠性的封装以及全套内建测试解决方案，打造出超高可靠性、超高精度、超低功耗支持永不断迅（always-on）的高性能六轴惯性传感器。

总的来看，我国的惯性传感器绝对可以满足军用装备的生产需求。在民用领域，性能和规模尚有待提高。

图文来源 | 李老师

图文编辑 | 刘小哈哟

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