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惯性技术 惯性技术应用行业研究报告

我国惯性技术的发展现状和发展前景

惯性技术为“高、精、尖”技术，世界上只有为数不多

的国家有能力研制惯性技术产品。

惯性技术产业链主要包括基础环境、惯性传感器及系统产

品，产品主要应用于国防装备、航空航天、测量勘测、工程建

设、智能交通、仪器制造、电子数码等涉及导航、定位定向的

工业及消费领域。

惯性技术产品主要包括惯导系统、姿态参考系统、惯性测

量单元等，其中，由于惯性导航系统具有自主性、隐蔽性、抗

干扰、导航信息连续性等独特优点，是众多武器系统必备导航

设备，在国防科技中占有重要地位，惯性技术发展程度是衡量

一个国家科学技术和军事实力的重要标志之一。

惯性导航系统是指由陀螺仪、加速度计等惯性传感器及导

航解算软件进行系统集成的系统级产品，陀螺仪及加速度计为

核心器件，对系统精度起决定性作用。

从总体趋势来看，惯性技术的发展目标是提高惯性传感器

的精确性、小型化、轻量化、连续性、可靠性，以及降低器件

的成本、体积、重量和功耗等指标。

任育超 华龙证券新三板业务管理总部

010-88086668

renyuchao001@sina.com

行业评级 看好

国家/地区 中国

股票市场 新三板

行业 C40仪器仪表制造业

报告日期 2017年 3月 21日

研究员 任育超

惯性技术行业研究

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目录

目录

一、惯性技术应用行业概况 ........................................................................................................................ 3

（一）惯性技术概念 .................................................................................................................................... 3

（二）惯性技术的起源和发展..................................................................................................................... 4

二、我国惯性技术应用行业发展现状 ......................................................................................................... 5

（一）我国惯性技术应用领域..................................................................................................................... 5

（二） 我国惯性技术应用市场规模 ........................................................................................................... 6

（三） 我国惯性技术应用行业特点 ........................................................................................................... 6

三、我国惯性技术应用行业发展的不利因素 ............................................................................................. 8

（一）国际技术壁垒 .................................................................................................................................... 8

（二）专业人才匮乏 .................................................................................................................................... 8

（三）市场集中度不高 ................................................................................................................................ 8

四、我国惯性技术应用行业有利因素 ......................................................................................................... 8

（一）产业政策鼓励 .................................................................................................................................... 8

（二）市场需求扩大 .................................................................................................................................... 9

（三）技术进步带动市场扩展..................................................................................................................... 9

（四）民用市场的扩展需求扩大................................................................................................................. 9

五、我国惯性技术应用行业发展前景和发展方向 . ...............................................................................10

（一）军用应用领域发展方向和趋势 .......................................................................................................10

（二）民用应用领域发展方向和趋势 .......................................................................................................13

（三）技术与器件发展方向和趋势 ...........................................................................................................16

惯性技术行业研究

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一、惯性技术应用行业概况

（一）惯性技术概念

惯性一词源自牛顿运动定律，是指物体具有保持其运动状态不变的属性。牛顿运动

定律解释了力与物体运动状态之间的关系，明确了在惯性空间中物体运动的相关规律，

其为感知和测量运动中物体的姿态、轨迹等信息提供了理论基础。

惯性技术是以牛顿运动定律为基础的多学科交叉综合技术，其指通过感知运动体在

惯性空间的角运动、线运动，进而获取运动体的姿态、位置和速度等信息，从而实现对

运动物体姿态和运动轨迹进行测量和控制的一门技术，也是惯性仪表、惯性导航、惯性

测量、惯性稳控等技术的统称。

惯性技术的应用以惯性仪表和惯性系统为载体，基础器件为陀螺仪和加速度计。其

通过陀螺仪获知运动体的角速度，用以测量运动体的角度变化；通过加速度计获知运动

体的线性加速度，用以测量运动体的速度变化。将此二者辅以时间维度进行自主运算后，

即可实现对物体在一定期间的运动姿态、位置、速度等信息的精确感知和测量，进而在

对这些信息进行综合处理的基础上实现对运动体之运动参数的有效控制。将上述感知、

测量、控制的结果结合下游应用领域的具体需求，即可实现惯性技术的实际应用。

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（二）惯性技术的起源和发展

惯性技术行业的发展经历了如下四个阶段：

第一阶段：近代物理学研究奠定了惯性技术的发展基础。

1687年，牛顿三大运动定律建立，成为了惯性技术的理论基础；1852年，法国物理

学家傅科提出了陀螺的概念、原理及应用设想，其是对惯性技术最初的系统性理论研究

及探索，也成为了惯性技术真正出现的标志。此后，1907年，德国科学家安修茨制造了

第一台摆式陀螺罗经；1910年，德国科学家舒拉提出了舒拉原理，为惯性技术的研究及

发展奠定了基础。本阶段的惯性技术研究主要集中于理论研究及实践，技术发展相对较

缓慢。

第二阶段：军事需求牵引推动惯性技术行业快速发展。

上世纪40年代以来，受二战引发的军事需求的牵引，以德国为首的军事大国开始发

展火箭技术，开启了惯性技术在军工领域应用的大门，惯性技术得到了快速发展。

上世纪40年代，惯性技术在德国V-Ⅱ火箭上首次得到成功应用；1954年，装备惯性

导航系统的飞机试飞成功，并在随后成功应用于潜艇。这一时期，新型惯性器件不断涌

现且精度不断提升，液浮陀螺、气浮陀螺、磁浮陀螺、挠性陀螺等多种传统机械陀螺相

继研制成功，并开始出现激光陀螺。但该时期的惯性技术行业集中于军事应用，“技术

高精、价格昂贵、应用局限”是惯性技术在这一时期的主要特征。

第三阶段：现代科技推动惯性技术行业出现技术及应用转型。

20世纪，随着现代科技的不断进步，新型惯性器件及系统相继问世，推动了惯性技

术行业的技术及应用转型。这一时期惯性技术行业的发展呈现如下特征：1）在现代科

技推动下，惯性技术的发展速度加快并出现技术转型，新概念新机理的惯性器件层出不

穷，极大地冲击着传统惯性器件的设计理念、应用理念；2）惯性技术研究开始出现两

大分支，其一是继续提高惯性器件及系统的精度，以满足高精度测量、导航、控制的需

求；其二是开始通过多种技术途径来推广和应用惯性技术，开始寻求惯性技术的新应用、

新发展；3）惯性技术的发展从单一惯性传感器向多传感器融合方向发展，开始出现多

种组合导航技术，这一技术转型使惯性技术产品的价格大幅下降，应用领域不断拓展，

将惯性技术产品全面推向民用应用领域，直接促进了惯性技术的产业化发展。

第四阶段：惯性技术应用市场蓬勃发展。

进入21世纪以来，新型MEMS惯性器件及光学（光纤和激光）仪表技术快速发展，惯

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性技术行业从技术发展、应用领域等方面发生了革命性的变化，惯性技术应用迎来了前

所未有的发展机遇。主要表现在如下方面： 1）MEMS惯性器件的迅速发展部分取代了传

统的惯性器件，已成为中低精度惯性技术的主流，全球卫星导航系统以及各种组合滤波

算法的出现使得惯性技术的应用领域得到进一步拓展，惯性技术向着高可靠性、低成本、

小型化、数字化方向发展； 2）光学（光纤和激光）技术的惯性器件在高精尖应用领域

发展迅速，形成较高的市场壁垒，其应用在航空、航天、航海等高精度领域；3）惯性

技术不断拓展新的应用领域，其范围已由原来的航空、航天、航海逐步扩展到制导控制、

地质测量、资源勘测、海洋探测、铁路运输、隧道施工等方面，甚至在机器人、手机、

数码产品、儿童玩具、电子设备中也被广泛应用。惯性技术从单一的军事应用领域全面

转向民用应用领域，产业化步伐明显加快，市场蓬勃发展。

二、我国惯性技术应用行业发展现状

（一）我国惯性技术应用领域

20 世纪初期，随着火箭技术的大规模发展，惯性技术开始蓬勃发展。德国率先以

惯性技术为基础成功研制了 V-Ⅱ火箭的制导系统，标志着惯性技术在导航领域的首次

成功应用。其后惯性导航不断被应用于潜水艇、卫星、导弹、飞机、太空实验平台等工

作环境复杂、数据要求全面的运载体之上。

随着技术的进步，惯性技术应用的领域得到了不断的扩展。利用惯性技术实现对运

动体高动态、全方位的测量，并在测量结果基础上实现对运动体的有效控制，成为了惯

性技术在导航应用之外的新兴应用领域。

惯性导航技术自身的发展主要依靠三方面科技发展水平的支撑：新型的测量原理、

惯性器件及先进的制造工艺技术、计算机软硬件技术。早期惯性导航系统是以机械陀螺

为核心、以模拟电路为主要硬件实现形式的机械框架平台式惯性导航系统。随着计算机

硬件技术发展，硬件计算速度大幅度提高、存储容量进一步扩大，逐渐发展出机械陀螺

的捷联式惯性导航系统，而且捷联式惯性导航系统的计算速度和功能不断提高。关键器

件的陀螺则由机械式陀螺发展到光学陀螺（即光纤陀螺和激光陀螺），这是惯性技术发

展的一大革命，与以前的机械陀螺器件有着本质的区别。光学陀螺测量角速度的传感器

已经没有机械转子，因此使得捷联式惯性导航系统的测量范围足够大，且系统的数字化

程度大幅提高。目前，激光捷联惯导系统和光纤捷联惯导系统分别占据高、中精度的应

用领域。在可预见的未来，光纤陀螺惯导系统将向高精度方向发展，而激光陀螺惯导系

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统将向小型化方向发展。

近年来大量仪器仪表和任务设备车载、船载、机载化的需求，引发工业控制、测量、

消费电子、石油、交通及通信等多个行业的产品正从静基座向动基座转变，惯性测量和

惯性稳控作为其核心技术已在上述行业中得到广泛应用，已经成为现代武器系统和智能

信息测量系统的重要支撑性技术之一，涉及到惯性器件、惯性导航、惯性制导、惯性稳

定等技术，惯性技术已从传统的船舶导航、飞行器导航和导弹制导，拓展到瞄准线、火

炮线或图像稳定、多种军用车辆导航、定位、精确打击弹药、姿态控制和导引、卫星定

位、大地测量、钻探、海底电缆铺设等，已经在海、陆、空、天等各个领域广泛应用。

（二） 我国惯性技术应用市场规模

根据市场研究机构智研数据中心数据显示，随着下游应用领域的拓展，近年来全球

惯性器件专用设备市场呈现快速增长态势，2013 年全球惯性器件专用设备市场规模达

到 181.2 亿美元，较上年同期增长 16.5%，2014 年全球惯性器件专用设备市场规模在

210.5 亿美元左右。

就产品应用领域而言，全球 70%以上的惯性器件专用设备应用于军事领域，2013

年全球军事领域惯性器件专用设备市场规模达到 129.7亿美元，占同期全球市场规模总

量的 71.6%；民用领域惯性器件专用设备市场规模达到 51.5 亿美元，占同期全球市场

规模总量 28.4%。预计 2014 年全球惯性器件专用设备军用、民用领域市场规模分别为

150.1亿美元，60.4亿美元。

根据智研数据中心数据显示，2016年我国惯性器件专用设备市场规模为 277亿元，

预计 2017年我国惯性器件专用设备市场规模为 296亿元，到 2020年，全国性器件专用

设备市场规模将达到 353 亿元。

目前，惯性技术正朝着小型化、数字化、智能化、低成本、高可靠性、多领域应用

的方向发展，新的应用与产品正加速涌现。随着国民经济和技术水平的进一步发展，未

来惯性技术的应用领域也将持续扩展。

（三） 我国惯性技术应用行业特点

以惯性技术来对运动体的姿态、位置、速度及轨迹等信息进行感知和测量，具有自

主性强、抗干扰能力强、不依赖外界信号、安全可靠、适应全天候等特点。因此，惯性

技术在发展之初首先在导航领域得到了大规模的应用，成为航空、航天、航海等领域不

可或缺的重要技术。

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以导航领域为例，相比较于目前常用的卫星导航，惯性导航在技术原理、实现方式

与基础器件等方面均有所不同，其主要差别及优缺点如下：

项目 惯性导航 卫星导航

技 术

原理 以牛顿惯性定律为基础的惯性技术原理 以卫星定位技术为基础

实 现

方式

通过感知观测物体的相对角速度、加速

度变化获取物体位置信息

通过接受卫星信号确定时间与卫星间

距离，从而确定观测点位置

基 础

器件 陀螺仪和加速度计 接收天线和接收机

优点

（1）不依赖于任何外部信息，也不向外部辐

射能量的自主式系统，故隐蔽性好且不受外

界 电 磁 干 扰 的 影 响 ；

（2）可全天候、全球、全时间地工作于空中、

地 球 表 面 乃 至 地 下 、 水 下 、 室 内 ；

（3）输出信息丰富，能提供位置、角（加）

速度、线（加）速度、航向和姿态等数据；

（4）数据更新率高、短期精度和稳定性好。

（1）采用绝对定位，定位精度不因时间而累

积 误 差 ， 不 因 温 度 而 引 起 漂 移 ；

（2）接口简单，使用方便。定位精度高、定

位速度快；全球覆盖，无需初始对准；

（3）除定位外还可以用于授时；组网还可进

行 差 分 ， 测 量 精 度 更 高 ；

（4）价格低廉，生产方便，无需标定，产业

化程度高。

缺点

（1）导航信息由算法产生，定位误差随时间

而 增 大 ， 时 间 越 长 精 度 越 差 ；

（2）每次使用之前需要初始对准时间；

（3）成本较高。

（1）本质来说仍属于无线电信号导航，因此

存在信号易受环境干扰，影响导航连续性、稳

定 性 ；

（2）动态性能较差，难以在高速运动物体上

连续测量和导航。

由以上对比可以看出，惯性技术具有“一大优点和一大缺点”的两个鲜明特点，其

优点是具有“自主性、无源性、实时性和全参量”，它能够不依赖任何外界信息，实时、

连续、自主地测量并提供载体的全部运动参数信息（位置、姿态、速度、加速度等），

用于导航、测量和控制，同时又不对外产生任何暴露性的信息；其缺点是“发散性”，

它提供的运动参数信息在原理上存在着误差随时间增长而增大的趋势。

同时，惯性技术水平及技术不仅是体现了一个国家科学技术的高、精、尖科技水平，

而且还是一项综合性很强的学科。

惯性技术的“高”技术水平主要体现在两方面，一方面是算法和微小信号误差模型

建立，另一方面是核心惯性传感器（以陀螺为代表）。先进的惯性导航算法运用是一个

国家导航理论水平和研究成果的重要体现；陀螺方面，目前比较有代表性的是光学陀螺

和MEMS 陀螺。光学陀螺（即激光陀螺和光纤陀螺）是根据萨格纳克效应原理，利用光

子在空间的旋转感测惯性参量的技术，是狭义相对论和电磁学的具体应用形式；而MEMS

陀螺是将机械结构和电子部件在晶体中微观实现，也是半导体高端技术的体现。

“精”体现惯性技术的系统精度高和制造精密性，例如：航空惯性导航系统精度在

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1 海里/小时以内，陀螺零位漂移在0.01°/小时以内等高性能要求，又如在激光陀螺制

造过程中，要求陀螺本体加工的形位误差在5 角秒以内等，如果没有精密加工技术难以

实现如此高精度制造。

“尖”体现在惯性技术属于尖端技术，不仅难度大而且还是一门综合性很强的交叉

学科，目前惯性技术系统产品集中了机械、电子、计算机、光学、软件等多种学科相关

知识，是“机-光-电”一体化的综合系统。因此一般来说，惯性技术是一个国家惯性理

论研究水平、科技应用水平、加工制造水平的综合体现。

三、我国惯性技术应用行业发展的不利因素

（一）国际技术壁垒

惯性技术属于高新技术，且与军用领域关系紧密，技术先进的西方发达国家一直限

制或禁止该类技术的输出。这对我国惯性技术应用行业造成了一定的技术壁垒，加大了

技术更新的难度。

（二）专业人才匮乏

惯性组合导航、惯性测量及惯性稳控业务等惯性技术需要对惯性导航、卫星导航、

电子、自动控制等专业有深入研究的高级复合人才。目前受我国惯性技术领域的技术发

展水平及人才培养模式的制约，专业人才相对匮乏，其成为了制约行业发展的不利因素。

（三）市场集中度不高

我国业内从事惯性技术相关业务的企业数量相对较少，除服务于军工领域的相关研

究所外，民营企业规模均较小，大多以代理和系统集成为主，尚缺乏大型龙头企业引领

参与国际竞争。同时，受技术发展水平以及惯性器件成本的影响，我国惯性技术应用行

业规模化程度较低，远远落后于以产业化为基础的发达国家。这使得生产的集约化程度

不高，研发投入不足，规模化效应难以显现，最终将影响到产业发展的整体速度和水平。

随着民用惯性技术应用领域的不断拓展，市场规模的不断增大，未来市场资源将向拥有

核心技术且产业化能力突出的企业集中。

四、我国惯性技术应用行业有利因素

（一）产业政策鼓励

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惯性技术行业属国家鼓励发展的高科技产业，其涵盖了光、机、电制造技术、精密

测量、微小信号处理、微小误差模型建立等关键技术，再加上当前惯性技术在航空航天

制导化、智能化所占的重要地位，决定了惯性技术是国家急需和重点扶持的领域。

（二）市场需求扩大

由于兵器制导化的趋势使得惯性技术在军工领域用途大为扩展，小到子弹、炮弹大

到导弹、飞机、卫星无不需要惯性技术提供姿态、位置信息，惯性导航技术是当前军事

技术中发展最快的领域之一。同时，无人机在军、民市场应用的进一步推广，也将极大

的促进惯性技术的发展，并为惯性技术应用带来新的市场。此外，随着低空开放政策逐

渐落实，通用航空将进入快速发展期，这也将为惯性技术应用带来巨大商机。

（三）技术进步带动市场扩展

惯性技术产品以往主要应用于精确制导等特种领域，西方国家在高性能惯性技术产

品方面对我国实行出口限制和技术封锁，因此，为确保国防安全，迫切需要发展拥有自

主知识产权的高性能惯性技术产品。此外，随着惯性技术的发展和普及，惯性技术产品

在信息安防、医疗设备、工业设备、汽车电子、消费类电子等需要感知运动和方位的场

合也具有广泛的需求。

在惯性技术方面，随着微机械陀螺、光纤陀螺、激光陀螺及加速度计等技术的成熟

升级，惯性技术产品也不断升级，惯性技术产品朝着小型化、低成本、长寿命、精确制

导方向发展，惯性技术在民用市场的应用前景广阔。惯性技术是决定飞行器飞行品质、

飞行安全、自主导航定位的核心技术之一，是战斗机、巡航导弹、战术导弹、洲际导弹、

核潜艇、水面舰艇、陆地战车等武器及卫星、飞船、航天飞机、运载火箭等航天器的必

备导航设备，以军用领域的战斗机为例，先进惯性技术为提高战机的灵活性、机动性和

操纵性起到重要保障作用。随着军事现代化进程的加快，新式装备生产及老式装备的更

新换代将为惯性导航产品提供良好的市场机遇。

（四）民用市场的扩展需求扩大

随着下游民用市场的需求扩大，惯性技术在民用市场迎来了大的发展，由于惯性技

术作为无人机导航系统的基础，其市场需求将随着无人机在遥感测绘、边海防、森林防

火、管道巡视、应急救灾、警务执法等领域应用逐步释放；同时，在机器人应用领域，

惯导测量器件应用于机器人位置及姿态控制，核心需求，伴随整个机器人市场爆发；再

次，在交通领域，惯性导航可以实时监测到车辆姿态变化以及隧道无卫星信号状况下的

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导航，轨道检测设备随着轨道交通的快速发展需求不断增长，其所需惯性产品市场空间

也随着打开。

五、我国惯性技术应用行业发展前景和发展方向 .

惯性技术发展之初主要用于国防军工领域，高精度、高灵敏度是面向军工惯性技术

产品的主要特征，而精度与灵敏度的提升与产品成本呈几何量级的正相关关系，这使高

精度惯性应用产品大规模产业化的难度较大。同时，在另一方面，中低精度的惯性器件

发展迅猛，其成本逐步降低，体积逐步减小，惯性技术在民用领域也开始得到应用，并

为越来越多的行业所了解。目前，以高精度惯性产品为主的军用应用领域和以低精度为

主的低精度民用领域，其规模均呈现快速增长的态势，其发展方向和趋势如下：

（一）军用应用领域发展方向和趋势

1、陆地领域

目前，随着现代地面战争越来越机动化和反应速度迅速化，要求部队能在广阔的作

战地域内快速准确机动并能够迅速投入战斗：要求坦克装甲战车等地面作战平台不仅要

具有高机动性和运动中射击能力，还能够随时掌握自己友军敌军的位置以便协同作战；

要求自行火炮之类的作战车辆必须具备频繁且随机的机动和快速瞄准射击的能力，并能

够迅速转移到新的射击阵地。所有上述特征都需要地面作战平台具备地面自主导航能力

即在复杂的战场环境下在无法依赖外部信息的条件下，能够自主实时测量自身位置的变

化准确确定当前的位置，精确保持动态姿态基准，所以，陆军武器对惯性导航、惯性稳

控等产品有着巨大的需求，市场前景良好。

2、航海领域

在我国海军走向蓝色海洋的推动下，远洋航行和作业对惯性导航的需求势必增加，

航海领域惯性系统的研制和发展源自潜艇的装备需要其作用是为长期在水下潜航的潜

艇连续，提供安全航行和发射导弹所需的导航参数和艇体运动参数。潜艇采用惯性导航

技术可以增强长时间隐蔽性，也可提高导弹发射的命中概率。此后随着惯性导航系统成

本的不断降低和中等精度舰船惯性导航系统的出现，许多载有导弹武器的水面舰艇也装

备了惯性系统。

我国舰船惯性导航系统的发展始于世纪年代经过了以基于传统机电陀螺仪的平台

罗经平台式惯导为代表的早期发展阶段。近年来在高精度系统方面取得了较大的进展，

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在追求性价比方面也进行了有益的尝试，液浮惯性导航系统精度不断提高，静电陀螺监

控器技术日趋完善，激光惯性导航系统逐渐成熟，因此惯性导技术在海军武器市场有巨

大的潜力。

3、航空领域

航空惯性导航系统是应军用飞机的需要研制发展起来的，随着 20 世纪我国自行研

制的第一代机载惯导系统开始装备军用飞机，我国航空惯性技术的应用和研制水平得到

了大幅提升。同时，基于动力调谐陀螺的捷联惯导系统为核心，综合卫星多普勒雷达及

磁传感器等导航设备的信息，采用余度配置和多传感器信息融合技术的惯性基组合导航

系统也形成了系列化产品，应用于中低精度领域。

同时，在近年来，随着国内激光陀螺生产水平的不断提高和捷联惯性系统技术的不

断进步，激光捷联惯导系统已完成定型并开始形成装备产品，以其准备时间短、快速反

应能力强导航精度高等优点成为新机型研制和老机型改造的首选惯导产品。随着新型载

体对导航精度要求的不断提高，更高精度的航空惯导系统也已开始研制以满足益增长的

长航时、高精度导航需求。

4、航天领域

我国惯性技术发展历程与惯性技术在航天领域的应用情况密切相关，既得益于航天

领域需求的牵引，同时也推进了航天技术的发展。国内有多所高校与科研院所从事航天

领域惯性技术研究与应用研究，研制了包括早期的气浮陀螺平台系统、动调陀螺平台系

统，以及目前“神舟”系列飞船、新型导弹、运载火箭采用的惯性仪表在内的多型惯性

系统，为我国航天与导弹事业的发展做出了卓越贡献。

目前，我国的火箭运载器用惯性系统正在经历从平台系统向捷联系统，特别是光学

陀螺捷联系统过渡的过程，捷联系统以其小体积、低重量、不受限制的全姿态机动能力、

易于实现的冗余设计等特点，将越来越广泛地应用于运载火箭等具有超高可靠性要求的

领域。

4、精确制导

由于惯性导航不依赖任何外界信息，具有完全自主性、高隐蔽性和强抗干扰性，长

期以来受到各国军方的重视。但惯性系统的致命弱点是定位精度随时间增长而下降（即

“系统漂移），而且惯性系统通常价格昂贵，常规炸弹根本装备不起。

在武器系统制导化趋势的推动下，对于制导武器需求愈来愈高，业内发觉，用 GPS

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辅助惯性系统，可以完美地解决精确制导武器对制导系统的苛刻要求：既要武器打得准，

又要武器买得起。这种新型制导系统由高精度、低成本的 GPS 接收机和适当精度、低成

本的惯性系统组成。在实际应用中，当没有电子干扰威胁时，GPS 可修正惯性导航的漂

移；一旦 GPS 信号中断，得到修正的惯性系统则靠“记忆”工作，以保持武器的连续导

航。在常规炸弹的尾冀中增加 GPS 辅助惯性制导装置，既提高了弹药的打击精度（通常

可达 10 米左右），又大大减少了开发新武器所需的高额费用，使精确打击发生革命性

的变化，使得精确制导武器对惯性技术的需求进一步提高。

5、单兵作战系统

在现代战争中，尤其是在空中打击之后的地面进攻、巷战、反恐等作战行动中，单

兵导航装备对于辅助士兵任务完成、保障其生命安全具有重要的作用。

目前，单兵导航装备的核心是卫星导航系统，卫星导航系统能够为武器装备提供高

精度的定位、导航与授时信息，但其信号易被干扰，难以到达室内、丛林及水下等区域

应用，同时，导航卫星存在被攻击的危险。因此，在现代战争中，卫星导航系统既不可

或缺，又不能过于依赖。

惯性导航系统具有自主、实时、连续、不受干扰等突出特点，可解决各类武器平台

及导弹等大型武器装备对自主导航的需求，但难以满足单兵导航对精度、体积、重量、

功耗以及成本的苛刻限制，也难以满足高速旋转导弹、制导炮弹、微型无人装备等比较

特殊的需求。

针对卫星导航系统不可用情况下武器装备对定位、导航与授时信息的需求，美国

DARPA 于 2010 年启动了 Micro PNT［1－2］计划，通过研制微型陀螺、微型加速度计、

微型原子钟并予以高度集成，来实现小体积、高精度的自主定位、导航与授时系统，其

实质是一种基于现代最新科技的微型惯性导航系统，如果该技术得以推广，惯性技术在

单兵作战系统将取得快速的发展。

6、传统兵器升级

制导炸弹是在普通炸弹上加装了精确制导装置及空气动力控制装置，与普通炸弹相

比，制导炸弹具有精度高、成本低、投放距离远等特点，因此收到世界各国的青睐。

20 世纪 90 年代以后，国外开始发展新一代低成本卫星导航（GPS）或惯导/GPS 组

合制导炸弹，如美国的 JDAM、JSOW，大大增强了全天候作战能力，并在科索沃战场大

量投入使用，在恶劣气象条件下取得极大成功。这类具有惯性/GPS 组合导航能力的制

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导炸弹现已成为现代高技术局部战争中打击固定目标的重要手段。

GPS/INS 组合制导就是将高精度、低成本的 GPS 接收机和适当精度、低成本的惯导

系统进行组合，可以解决制导炸弹既要打得准、又要装备得起得矛盾。近年来，我国军

方已经开始了航空炸弹、火箭弹等常规武器得制导化改造，市场规模巨大。

（二）民用应用领域发展方向和趋势

1、民用航空

民用航空是惯性导航系统的一大应用领域。由于惯性系统是目前飞行器不可或缺的

角度传感系统，随着惯导系统技术的发展其成本逐渐下降，性能可靠性不断提升，尤其

是光纤和微机电陀螺应用的普及，使得目前各类新型飞机已普遍配置惯导系统，尤其是

跨洋飞行的大型客机难以借助地面无线电导航台的引导，全部采用以惯导系统为主要设

备而以卫星导航和飞行仪表为辅助设备的导航系统设置，随着我国国产民航客机的发

展，该部分市场也有较大的前景。

2、石油开采

现代矿产开采为提高效率降低成本，需要测量井身轨迹和钻头的实际位置从而保证

井深达到预定位置。

尤其是石油勘探行业，对斜度和方位的测量有着更高的要求，在石油资源日益枯竭

的背景下，国内外钻井界纷纷将目光投向滩海、湖泊、稠油油藏及海洋等复杂地况的勘

探和开发。大位移井、大斜度井、丛式井、水平井的日益增多需要精度更高性能更加可

靠的石油测斜仪，惯性技术的应用，使得这种要求得以满足。惯性基石油测斜仪作为国

际故钻井中普遍采用的先进测量仪器，能够在 175°的高温环境下可靠测量定向参数和

伽玛值耐温高达 200°耐压高达 150MPa，并将深井中测试的数据准确及时地反馈到地面

控制中心，通过远程控制系统实现钻井方向的精确导航。

随着石油开发向更深更复杂和隐蔽性更强的油气藏拓展，我国对惯性基石油测斜仪

的需求将逐步增加，惯性技术开发提供了新的方向。

3、智能交通

智能交通系统是未来交通系统的发展方向，它将先进的信息技术、传感器技术、数

据通信技术、图象分析技术、人工智能技术等综合运用于交通管理体系，使其能实时、

准确、高效地在大范围、全方位发挥作用。智能交通可以有效地利用现有交通设施，以

保证交通安全、提高运输效率，因而，日益受到各国的重视，但是，由于现代城市交通

惯性技术行业研究

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的复杂性、立体性以及室内定位的需求，传统的 GPS难以满足与智能交通要求，需要以

惯性导航进行补充，因此，智能交通的发展有极大的惯性技术需求。

4、远洋航行

随着我国“海洋强国”战略的实施，海洋渔业、远海运输业、海洋军事、海洋监测、

海洋测绘、近岸水下工程、海洋工程装备等产业蓬勃发展，为惯性技术在海洋开发领域

的应用带来了重大的发展机遇，主要表现在，第一、我国渔业设施和装备的现代化建设

也逐步加速，农业部做出了“加强渔船通信终端设备配备，加快信息技术在渔业安全生

产中的应用，完善卫星、短波、超短波、移动电话‘四网合一’的安全通信网。加快大

中型渔船船位卫星监控系统建设，实现对作业渔船的动态监控和实时跟踪”的指导意

见，同时，为改善我国渔船“信息孤岛”现状，在农业部的主持下，“船船通”渔船卫

星电视工程全面展开，惯性测量系统是船载卫星电视的关键部件，用于确保渔船在严重

颠簸条件下卫星信号的稳定；第二、随着我国海洋工程的不断推进，各种基于惯性测量

与多波束测量技术相结合的水下地形测量系统得到了极大的发展，应用领域拓展到港口

航道水下测量、水下施工挖掘监理验收、大桥桥墩工程验收与冲刷测量、水库测量与库

容量估计、海洋平台地基基础测量、海底管线路由检测等方面。

5、无人机应用

无人机最核心的部件为稳定和操作系统，惯性技术在无人机上的应用主要是利用新

型惯性件及捷联惯性导航技术，为无人机提供精确的速度位置姿态等信息，从而实现其

精确的导航定位，目前无人机在军事领域的应用最为成熟，同时随着人们对无人机认知

程度的加深，其在遥感测绘、边海防、森林防火、管道巡线、应急救灾、警务执法等民

用领域呈现出迅猛的发展之势。

在防灾减灾领域，无人机航拍系统作为传统航拍摄影测量手段的有力补充，在小区

域和飞行困难地区的高分辨率图像和视频快速获取方面具有明显优势，特别是在道路阻

断能见度差的情况下，无人机能充分发挥无人驾飞行低全作业的优势；在城市安保领域，

无人机可对城市重要目标进行侦查和识别，对人流量车流量等管制疏导情况进行评估，

可尽快了解交通拥挤堵塞地点事故发生地点和现场情况等；在国土调查领域，无人机可

广泛应用在建筑密度分布规律研究，在建工地调查垃圾堆场的空间分布污水治理和改造

工程的补充论证，为建厂规划或改造提供影响资料等。

6、轨道交通检测

惯性技术行业研究

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2016年底，我国铁路营业里程达 12.4万公里，其中高速铁路 2.2 万公里以上，随

着高速铁路运营里程的不断延伸，我国对高速铁路特别是繁忙干线高速铁路的运营维护

效率提出了更高的要求，繁忙干线高速铁路的人工养护越来越不适应现实的需要，高质

量高效率养护技术已经成为我国高速铁路实现自动化养护的必然需求。基于惯性技术的

路轨检测车可以定期对铁路轨道进行检测，判断轨道是否发生型变，是否损失路基，是

否沉降等情况。根据全国整个高铁的运营里程进行推算，如果按照每 60 公里需一套轨

道检测设备，每套设备的平均市场价 140 万测算，那么 2016 年底整个高铁行业对铁路

检测的市场需求 5.1亿元，整个铁路铺设范围市场需求 28.93亿元，另外，我国还有大

里程的城市轻轨等领域，同时需要轨道检测系统，惯性技术应用产品在该领域的应用市

场前景广阔。

7、机器人导航

随着《中国制造“2025”》国家大战略的发布，2016年国内机器人产业迎来高速发

展的一年，据不完全统计，2016年国内机器人产业规模已经超过160亿元，预计近年内，

机器人产业将以超过25%的复合增长率继续快速增长。

导航系统作为机器人平台的核心部件，是实现机器人自主移动的核心关键。在目前

的主流应用中，基于激光雷达/视觉的SLAM算法无法满足，室外机器人移动距离远、工

作范围大、周围环境复杂等问题，同时因室外地面平整度等问题，在室内应用中不被关

注的机体姿态问题也成为影响定位精度的关键问题。而采用惯性组合导航方案（与GPS、

里程计、编码器等组合），可以完全解决以上问题，并提供高精度的导航和定位数据。

8、摄影摄像稳定平台

摄影摄像稳定平台，是利用惯性器件特性保持平台台体方位稳定的装置，简称陀螺

平台、惯性平台。用来测量载体运动姿态，稳定载体上的摄影摄像设备。无论是在测量

测绘、安保监控、影视剧拍摄和室外直播等领域均有重要应用。

以摄影摄像为例，使用稳定平台，可以隔离载体或人体的抖动，获得更好的影像效

果。

2016年以来，最热门火爆的互联网产品非直播平台莫属。2016年被誉为“中国网络

直播元年”，网络直播从一个个冰冷的手机应用，变为充斥在年轻人休闲时光的热门话

题，甚至被昵称为“网红直播团”。在室外直播中，为获取更好的摄像效果，稳定平台

惯性技术行业研究

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将逐步取代“自拍杆”等功能单一的设备，成为新一代的“自拍神器”，市场前景巨大。

（三）技术与器件发展方向和趋势

1、高精度器件

高精度惯性器件及系统是惯性技术发展的一个重要方向，也代表着惯性技术发展的

最高水平。受军事及国家战略需求的牵引，高精度惯性器件及系统将长期保持稳定的市

场需求。此外，一些民用特种行业也对高精度惯性系统形成一定的需求，如航空测绘、

地质测量、隧道内定位定向等。随着国防现代化、信息化建设步伐的不断加快，高精度

惯性仪表及系统的需求将持续增加。目前，西方国家对更高精度、更高可靠性的惯性器

件及系统的研究较为领先。美国 Litton 公司、Honeywell 公司、法国 IXsea 公司研制

的光纤陀螺精度已优于 0.001°/h；Honeywell 公司的 H-764 型捷联惯导系统精度已接近

静电陀螺平台惯导的水平。除此之外，为了满足更高精度的战略级导航要求，主要西方

国家已开展了旋转调制技术的研究。随着我国社会经济不断发展以及信息化战略的不断

推进，高精度惯性器件及系统呈现旺盛的市场需求，我国也加大了对高精度惯性器件及

系统的研究，已自主开发出性能稳定的 0.01°/h 的光纤惯性系统和 0.001°/h 的激光惯性

系统，同时也开展了旋转调制技术的研究。我国的高精度惯性技术与国外的差距正在不

断缩小。

2、MEMS 惯性器件

目前，随着惯性技术应用领域已从传统的军事领域逐步扩展到地质测绘、石油勘探、

智能交通、汽车安全、消费电子、卫星通讯等民用领域。基于新原理、新工艺的高精度

MEMS惯性器件及系统将不断出现，系统在保留 MEMS器件及系统体积小、重量轻、成本

低、可靠性高的基础上，精度将有所突破，有望达到中低精度光纤陀螺水平。MEMS 惯

性器件适中的精度及突出的性价比使得惯性技术应用成本大幅降低，为惯性技术产品大

规模产业化应用提供了有力条件，将再一次扩展 MEMS 惯性器件的应用领域，进一步推

动惯性技术的产业化进程。

3、原子作为敏感介质的元器

近年来，前沿科学的发展推动了新技术的产生与发展，以原子作为敏感介质的元器

件得到了空前关注，在惯性技术领域，原子干涉陀螺与原子自旋陀螺成为了原子器件率

先应用的领域之一，其具有超高精度、体积小巧、性能突出等特点，将可能引领未来陀

螺的更新换代。