Navigation Accelerometers: Development Experience

This article provides an overview and comparative analysis of accelerometer designs developed at Concern CSRI Elektropribor over the past decades. Six key technological trends are considered: floated accelerometers with pivot and jewel bearings, dry pendulum force-rebalanced accelerometers, accelerometers with contactless (magnetic and electrostatic) suspension, cryogenic and micromechanical (MEMS) accelerometers. The operating principles, design features, accuracy characteristics, and fields of application are described for each type. The evolution of approaches to reducing the impact of mechanical friction is demonstrated, from hydrostatic unloading to complete elimination of mechanical contact. Special attention is given to promising projects: cryogenic and electrostatic accelerometers for space research experiments, as well as modern micromechanical (MEMS) sensors for navigation and consumer electronics. A comparison of domestic and foreign counterparts is presented. The analysis has led to the conclusion on the rational integration of different types of accelerometers, depending on the required accuracy, operating conditions, and cost.

1. Опыт проектирования и изготовления блоков измерителей линейного ускорения на кварцевых маятниковых акселерометрах с аналоговой и цифровой системами управления / С. Ф. Нахов [и др.]. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2021. 240 с.

2. Коновалов С.Ф. Навигационные акселерометры : учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2023. 328 с.

3. Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов / под общ. ред. чл.-кор. РАН В.Г. Пешехонова. Изд. 2-е, перераб. и испр. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 357 с.

4. Aerospace sensors / ed. by A. Nebylov. New York : Momentumpress, LLC, 2013. 348 p.

5. Волобуев С.А., Якушина Е.А., Драницина Е.В. Тунин И.С. Маятниковый компенсационный акселерометр: результаты разработки и испытаний // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2026. Т. 69. № 3. С. 242–252. DOI: 10.17586/0021-3454-2026-69-3-242-252.

6. Синельников А.Е. Низкочастотные линейные акселерометры. Методы и средства проверки и градуировки. М. : Изд-во стандартов, 1979. 116 с.

7. Мельников В.Е. Электромеханические преобразователи на базе кварцевого стекла. М.: Машиностроение, 1984. 160с.

8. Патент RU 2859308 С1. Компенсационный маятниковый акселерометр / Волобуев С.А., Левин С.Л., Махаев Е.А., Святый В.В., Якушина Е.А.; заявитель и патентообладатель АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» (RU). № 2025133534; заявл. 01.12.2025; опубл. 31.03.2026. Бюл. №10.

9. Якушина Е.А., Романенко С.Г. О влиянии конструктивных особенностей устройства автокомпенсации на погрешности прецизионного измерителя малых углов наклона // сб. материалов XXXI Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. СПб. : АО «Концерн «ЦНИИ Электроприбор», 2025.

10. Матвеев В.В., Распопов В.Я. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем. СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2009. 280 с.

11. Технические характеристики акселерометров ПАО «МИЭА». URL: http://korpus64.ru/.

12. Технические характеристики акселерометров НПК «Электрооптика». URL: http://electrooptika.com/.

13. Технические характеристики акселерометров фирмы Honeywell. URL: http://Honeywell.com/.

14. Технические характеристики акселерометров фирмы SENSSET. URL: http://sensset.ru/.

15. Технические характеристики акселерометров фирмы ERICCO. URL: http://ericcointernational.com/.

16. El-Sheimy, N., Youssef, A., Inertial sensors technologies for navigation applications: state of the art and future trends, Satell. Navig., 2020, vol. 1, no. 2, https://doi.org/10.1186/s43020-019-0001-5/.

17. Titterton, D., Weston, J.L. Strapdown inertial navigation technology, 2nd ed. London: IET, 2011, vol. 17, 581 p.

18. Патент RU 2082173 C1. Пространственный акселерометр с электромагнитным подвесом / Буравлев А.П., Дудницын Б.В., Левин Л.А., Мумин О.Л., Сумароков В. В.; заявитель и патентообладатель Мумин О. Л. № 9400796328; заявл. 02.03.1997; опубл. 20.06.1997. Бюл. №17.

19. Дудницын Б.В., Мумин О.Л., Рябова Л.П., Сумароков В.В., Топчий А.И. Магнитный сферический трехкомпонентный акселерометр с цифровым выходом // Гироскопия и навигация. 2003. № 1 (40). С. 82–88.

20. Boudon, Y. Barlier, F., Bernard, A., Juillerat, R., Mainguy, A.M., Walch, J.J., Synthesis of flight results of the Cactus accelerometer for accelerations below 10–9g, Acta Astronautica, 1979, vol. 6, no. 11, рр. 1387–1398.

21. Toda, R. [et al.], Electrostatically levitated spherical 3-axis accelerometer, Proc. of 15th IEEE Int. Conf. on Micro Elktro Mechanical Systems (MEMS), рр. 710–713.

22. Peresty, R., Chvojka, M., Fedosov, V., Use of the highly sensitive electrostatic accelerometer for orbit perturbation effects investigation on board of LEO spacecraft, Proceedings of the 61st IAC, Prague, 2010, IAC-10.B1.3.2.

23. Zhu, Z. [et al.], Electrostatic gravity gradiometer design for the future mission, Advances in Space Research, 2013, vol. 51. рр. 2269–2276.

24. Краснов А.А., Розенцвейн В.Г. Современное состояние и перспективы развития электростатических акселерометров космического применения // Гироскопия и навигация. 2022. Т. 30. № 2 (117). С. 3–33. DOI: 10.17285/0869-7035.0088.

25. Сумароков В.В. Электростатический подвес инерциальных чувствительных элементов. СПб.: ГНЦ РФ АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2026. 54 с.

26. DiFrancesco, D., Advances and Challenges in the Development and Deployment of Gravity Gradiometer Systems, EGM 2007 International Workshop Innovation in EM, Grav and Mag Methods: a new Perspective for Exploration, Capri, Italy, 2007.

27. Кукушкин А.В., Левин С.Л., Святый В.В., Сумароков В.В. Высокоточный электростатический акселерометр // Сб. тр. XIV Всерос. совещания по проблемам управления. М.: Ин-т проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2024.

28. Albertella, A., Migkiaccio, F., Sanso, F., GOCE: the earth gravity field by space gradiometry, Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, 2002, vol. 83, рр. 1–15, https://doi.org/10.1023/A:1020104624752/

29. Жернаков О.А., Фрезинский В. С. Криогенные чувствительные элементы инерциальных навигационных систем: обзор. Л.: Румб, 1988.

30. Oelfke, W.С, Hamilton, W.О, Superconducting accelerometer for study of gravitation and gravitational radiation, Acta Astronautika, 1978, vol. 5, is. 1–2, рр. 87–96, https://doi.org/10.1016/0094-5765(78)90037-1/.

31. Евстифеев М.И. Методы проектирования конструкций микромеханических гироскопов. СПб.: Университет ИТМО, 2019.

32. Лукьянов Д.П. Микромеханические акселерометры и микросенсоры на ПАВ. СПб.: СПбГЭТУ (ЛЭТИ), 2005.

33. Mamleyev, E.R., Voigt, A., Moazenzadeh, A., Korvink, J.G., Kohl, M., Poletkin K., A Technological Approach for Miniaturization of Three-Dimensional Inductive Levitation Microsuspensions, IEEE Magnetics Letters, 2022, vol. 13, pp. 1–4, https://doi.org/10.1109/LMAG.2022.3174522/.

34. Voldman, J., Case Study: A Capacitive Accelerometer, MIT Course Materials, 2007.