基于mems的微型惯性导航技术综述

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1、娜i空ISi空辟i虫★空辟佳i空i空辟淫辟佳i空辟佳i空辟f虫淫4S士空辟佳i虫i空辟淫J；玄!基于MEMS的微型惯性1!导航技术综述1^gFgmsFSF£}£}e}£m£}^£jef£i£}g}S}£}e^ms}£}S}£}£}smsmgFgFemsFSFSi^杜小菁翟峻仪摘耍微型惯性导航技术足现代武器实现小型化、智能化的关键技术之一。对甚于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；分析了趟于MEMS的微型惯性导航技术的主要研究方14;后.对微惯性导航领域的应用前景做出展塑。关键同微机电系统惯性导航技

2、术组合导航弓I言机械电子系统（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济、安全和国际竞争力的战略技术之一n］。微机械惯性测量单元（MEMSHMU）是基于MEMS技术的第三代惯性测最组件，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

3、括加速度、角加速度、位移、角速度ra。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商等优点，适用于各种战术武器的制导系统，对于小型K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有在较多待解决问题［3］。1MEMS惯性传感器发展状况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，己经发展成为构建惯性导航系统的主流传感器件之一。文献［4七］表明，MEMS加速度计是

4、市场化应用最为成功的MEMS传感器，它在精度方面己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A发展微型惯性传感器的研究和生产主要集屮在美国，其研宂水平处于世界领先地位，许多

5、惯性器件研究机构及公司推出；r较高精度的工业化产品。美国的徳雷珀实验室（CSDL）、加州大学伯克利分校传感器与执行器研究中心（巳SAC）、加州理工学院喷气推进实验室（」PL）、利顿（LITTON）公司、AnalogDevices公司、霍尼韦尔（Honeywell）公司，德国微机械及信息技术研究所（IMIT）、LITEF公司，法国SAGEM公司，俄罗斯Vector公司，韩国的三星公句以及H本的一些大学和公司等在硅微机械惯性传感器领域，都有喆茗成果［7］。对H前市场占有率较高的几家公司的MEMS惯性传感器产品的相关性能进行介绍。1）MEMS陀螺仪AnalogDevices公司研制

6、了世界上第一个单片集成的商用陀螺仪ADRXS，它将敏感质最块限制在多晶硅框架A，使其只能沿一个方向振动，通过检测电极来检测由哥氏力引起的振动位移。该芯片时将检测电路与敏感结构集成在一起，减小了芯片的体积和功耗，同时噪声信号的影响也大幅度降低［8］。ADI16136是ADI公司生产的一款高性能、数字陀螺传感器，具有低噪声密度、高带宽的性能优势，测量范围为±450°，体积只有36mmx44mmx16mm,零偏稳定性为5°/h。InvenSense公司是智能型手机、平版电脑、游戏遥控设备、智能型电视等消费性电子产品的运动感测追踪（MotionTracking）组件的主流供货商。MP

7、U3300是InvenSense公司的一款三轴高精度陀螺仪，体积只有4mmx4mmx09mm,测量范围为±450%零偏稳定性为15°/h,主要用于精密工业应用，工作温度范围为-40'+105°C,功耗小于10mW。STIM202是挪威SENSONOR公司2010年最产的一款髙精度三轴MEMS陀螺仪，是业界已知精度最高的多轴MEMS陀螺之一，传感器经过校准并在全工作温度范M内进行了温度补偿，它的零偏稳定性仅为05°/h，性价比优于同精度的光纤陀螺；采样率达1kHz,质量只有55g，并在环境耐受力、可靠性，