基于mems的微型惯性导航技术综述

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1、檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼檼殥基于的微型惯性MEMS导航技术综述杜小菁翟峻仪点，适用于各种战术武器的制导系统，对于小型飞行器导航、制导与控制领域的研究与发展具有重要意义。目前，基于MEMS的微型惯性导航技术仍存在较多待解决问题［3］。摘要微型惯性导航技术是现代武器实现小型化、智能化的关键技术之一。对基于MEMS的微型惯性导航技术的特点及发展现状进行了概述;介绍了国外相关MEMS惯性导航系统产品的导航方案和性能指标等;分析了基于MEMS的微型惯性导航技术的主要研究方向;最后，对微惯性导航领域的应用前景做出展望。MEMS惯性传感器发展

2、状况MEMS惯性器件是MEMS技术研究的一个重要方向，也是研制微型惯性导航系统的前提。MEMS惯性器件具有体积小、成本低、可靠性高且寿命长等特点，已经发展成为构建惯性导航系统的主流传感器件之一。文献［4-5］表明，MEMS加速度计是市场化应用最为成功的MEMS传感器，它在精度方面已能满足战略导弹的应用要求，同时MEMS陀螺的性能也已接近或达到战术级导航的水平。MEMS惯性传感器是指以硅或石英为主要材料，采用微电子加工技术制造的芯片级惯性传感器。其中，石英加工的惯性器件稳定性好，但加工工艺难度大、成本较高;硅相对易于加工，采用腐蚀、光刻等集成电路制造工艺，器件成本低。随着制造工艺

3、的发展成熟，硅微惯性器件的性能得到大幅提高，以硅为主要材料制造的MEMS惯性器件应用范围不断扩大，同时MEMS加速度计和陀螺正在向高精度、高集成度的方向发展［6］。微型惯性传感器的研究和生产主要集中在美国，其研究水平处于世界领先地位，许多惯性器件1关键词微机电系统惯性导航技术组合导航引言微机械电子系统(MEMS)是20世纪末兴起的前沿性工程科学，它是随着半导体技术集成电路微细加工技术的迅速发展而崛起的一门多学科交叉的军民两用的高新技术，作为微电子技术的延伸和发展，它使器件同时具有信号感知和处理、外部输出的功能，其对未来科技的影响如同微电子技术对现在科技的作用，是关系到一个国家经

4、济、安全和国际竞争力的战略技术之一［1］。微机械惯性测量单元(MEMS-IMU)是基于MEMS技术的第三代惯性测量组件，它将微机械陀螺和微加速度计组合在一起，具有将惯性参量转换成电信号，并进行必要的信号反馈控制、补偿、量化、编码压缩以及数据实时存储等功能，其敏感的信号主要包括加速度、角加速度、位移、角速度［2］。与第一代机械转子陀螺惯性测量组件和第二代光电陀螺惯性测量组件相比，具有体积小、成本低、质量轻、抗振动和抗冲击能力强和集成化程度高等优本文2014-04-09收到，作者分别系北京理工大学副教授、硕士生飞航导弹2014年第9期·77·檼檼檼檼檼檼殥檼檼檼檼檼檼殥控制与制导路

5、的单片集成。自1993年至今，以ADXL50为代表的微惯性器件全球销量已超过1亿件，此类加速度计主要针对工业传感器领域。为了减小体积和成本，ADI公司还进行了单片硅集成双轴加速度计的研制，ADI公司在ADXL203微加速度计基础上研制的ADXL206双轴硅微加速度计，量程为±5g，精度为1．0×10－3g。Litton公司的典型代表产品是LittonSiACTM硅加速度计，量程超过100g，零偏优于20×10－6g，标度因数稳定性优于5×10－5。其采用全硅结构，主要应用于导航和制导领域，如小型无人机的导航和控制、近程战术武器制导等。德国Litef公司生产的B-290硅加速度计

6、，面积为6mm×6mm，摆片采用4次双面掩膜，在KOH溶液中控制硅片刻蚀时间，电路采用脉冲调宽、数字输出以及闭环控制方案。其量程为±10g，标度因数稳定性为3×10－4，偏置稳定性为250×10－6g。3)MEMSIMU及组合导航产品美国角斗士技术公司(GT)生产的陆标系列(LandMarkFamily)组合导航系统采用MIMU/GPS组合导航方案，具有功耗低、精度高、功能全等特点。LandMark50AHＲS产品MEMS陀螺仪零偏稳定性达1．2°/h，静态条件下航向精度为0．5°，俯仰滚转精度为0．25°，定位误差小于2．5m。美国Crossbow公司生产的NAV440型组合

7、导航系统采用MIMU/GPS/磁强计组合导航方案，系统装配了高稳定性的硅微机械陀螺仪，采用复杂环境密封形式，滚转俯仰方向姿态精度为0．4°，航向精度1．0°(磁强计辅助)，定位误差小于3m，水平速度误差小于0．4m/s，垂直速度误差小于0．5m/s，主要应用于无人机控制、陆地车辆导航、平台稳定控制等领域［9］。MTI-G-700是荷兰XSENS公司的一款集成GPS信号的微型惯性测试系统。其通过内部微处理器的处理，输出姿态和航向信息，同时融合GPS三维定位信息、速度信息，为用户提供位置、速度信