MEMS航天惯导产品及技术发展简介

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1、MEMS陨天噪异产品民技布发展简n张英戚红向李德强王世会叶茂(北京航天自动控制研究所．北京．100854)文摘：概述近年来微机电系统(MEMS)在航天惯导方面的发展情况，综述国内外有关MEMS产品的实现方案与性能指标，并对该领域的技术发展方向进行了分析。关键词：MEMS；惯性导航技术；MEMS加表；MEMS陀螺。微机电系统(MicroElectro—mechanical基于MEMS技术的惯性测量单元．它集成了硅Systems，MEMS)一般是指1Ixm～100斗m的微米微加速度计及硅微陀螺仪．是一种新型的捷联惯系统，或者说轮廓尺寸在毫米级。组成元件尺寸导系统。MEMS—IMU继承了传统SINS

2、在微米数量级的系统。随着产品尺寸的微小化，(StrapdownInertialNayigationSystem)的特性：MEMS的应用范围日益扩大，包括无线传感网完全自主式、保密性强(这在军事应用领域尤为络、智能型药丸、芯片上实验室(Chip—On—Lab)重要)、不存在信号的电磁干扰、机动灵活；同等，并广泛应用于汽车、生物医学、通信以及消时，它又具有传统SINS所无法比拟的优点：重费类产品。基于MEMS的航天惯导技术是飞行器量轻、成本低、功耗小、寿命长、可靠性高、动实现轻小型化的关键配套技术之一，许多国家已态范围宽、响应速度快和便于安装调试等。因成功将其应用于军事方面，如战术制导武器、制此，

3、其研究工作13益受到重视，尤其在军事领域导航空弹药、微小型无人侦查飞机、卫星探测、具有很强的应用需求。是当今惯性技术发展的一航天稳定平台、微小飞行器导航等领域⋯。个重要方向。，MEMS州u1‘1M篙y甚鬻篇篡术。由硼速MEMS—IMU(InertialMeasurementUnit)是度计、陀螺仪等惯性器件本身存在缺陷(产生标列为惯性技术领域重点发展的关键技术之一，的发展现状和应用田．飞航导弹，2006(9)．并且已取得了一些研究成果。可以预见，随着【3】薛亮，李天志．基于MEMS传感器的微型姿MEMS惯性器件技术的不断进步，MEMS惯性态确定系统研究fJ】．传感技术学报，组合在惯性导航领域的

4、应用将越来越广。2008．21．参考文献[4】刘瑞等·孝t．DsP的微型捷联惯导系统设计【J】．航天控制，2005，23．【l】邓海棠，王凤梅．微型惯性测量组合姿态测【5】张荣辉，贾宏光．四元数法的捷联武惯性导试系统【J】。传感器世界，2004(9)．航系统的姿态解算【J】．光学精密工程。f21文炜．基于MEMS技术的惯性测量器件及系统2008．16．．—40—．《航天标准'f匕))2010年第3期度因数误差等)及非正交安装(引起交叉耦合误差等)．可以通过器件标定来加以补偿，如在高精度转台上对MEMS—IMU位置速率标定等。以达到提高其精度的目的。·捷联惯导的误差补偿算法。捷联应用的陀螺和加速

5、度计会受实际工作振动．产生相应的测量误差。可以通过圆锥误差补偿算法、划船误差补偿算法等来减小误差，提高导航精度。常用的有三子样、四子样等优化算法。1．2相关产品国外许多著名惯性器件研究机构及公司．如Draper实验室和美国喷气推进实验室(JPL)等对低成本、战术级的MEMS—IMU开展了大量研究，成效显著【2J。典型产品按精度可以作如下分类。1．2．1低精度产品·美国J．F．Lehman&Company公司的产品。作为世界第二大防卫公司，其最新产品SiNAV型组合导航系统采用MIMU／GPS紧耦合方案，定位误差小于10m．速度误差小于0．1m／s，可耐受200009的冲击．陀螺测量范围可达±1

6、4000(。)／s。目前，SiNAV型组合导航系统已被英国国防部确立为下一代战术制导武器与无人机的首选导航系统。·美国GNC公司的产品。GNC公司生产的UNCUNl型组合导航系统采用MIMU／GPS松组合方式。定位误差小于15m．在广域增强系统可用情况下定位误差小于3m．速度误差小于0．2m／s。1．2．2中高精度产品·美国角斗士技术公司(GladiatorTechnologies，GT)的产品。GT公司生产的陆标系列(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，定位误差小于2．5m。LandMark20eXT型产品还同时支持差

7、分GPs、广域增强系统等。·美国克尔斯博科技公司(CrossbowTechnology)的产品。Crosshow公司生产的NAV440型组合导航系统采用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《航天标准'tE>)2010年第3期丝堡唆应差蕴金芒湿厦燕苤笈屋笾硷：缢差萎陀螺仪，采用复杂环境密封形式，定位误差小于2．5m，水平速度误差小于0．4m／s。垂直速度误差小于0．5m