现代军用mems惯性传感器技术进展

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1、现代军用MEMS惯性传感器技术进展李红光(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033)摘要:现代化军事需求小型惯性传感器。技术已成熟的惯性导航和制导系统包括机械陀螺、环形激光陀螺(ＲLGs)、光纤陀螺(FOGs)以及半球共振陀螺(HＲGs)。现在主要用于军事的还有微机电系统(MEMS)陀螺仪和加速计。采用光子晶体光纤(PCFs)的干涉光纤陀螺(IFOGs)，即PC—IFOGs。重点阐述MEMS/集成光(IO)波导惯性传感器技术进展。分析小型陀螺仪和加速计技术发展前景及在未来快速反应，精确打击中的作用。关键词:微

2、电子机械系统;惯性传感器;MEMS陀螺;MEMS加速计;MEMS惯性测量仪;小型惯性测量仪;集成光波导陀螺中图分类号:TH745;TN256;TN252;TN253文献标识码:A文章编号:1000—9787(2014)08—0004—04ProgressontechnologiesofMEMSinertialsensorsformodernmilitaryLIHong-guang(ChangchunInstituteofOptics，FineMechanicsandPhysics，ChineseAcademyofSciences

3、，Changchun130033，China)Abstract:Miniatureinertialsensorsarerequiredinmodernmilitary．Maturetechnologiesinertialnavigationsystemincludesmechanicgyros，ringlasergyros(ＲLGs)，fiber-opticgyros(FOGs)andhemisphericalresonantgyros(HＲGs)．NowsomeMEMSgyrosandaccelerometershavebee

4、nusedformilitary．Interferencefiber-opticgyros(IFOGs)usingphotoniccrystal(PC)(PC—IFOGs)isresearched．TechnicalprogressofMEMS/integratedoptical(IO)waveguideinertialsensorsaredescribedemphatically．Prospectofminiaturegyrosandaccelerometerstechnologiesandfunctionsinprecise

5、strikeformilitaryinthefutureareanalyzed．Keywords:micro-electro-mechanicalsystem(MEMS);inertialsensor;MEMSgyro;MEMSaccelerometer;MEMSinertialmeasurementunits(MEMSIMU);miniatureIMU;IOwaveguidegyro0引言导航、制导和控制技术历经100多年的发展，最初是用机械陀螺导航，现代惯性导航和制导传感器技术涉及诸多学科，包括机械工程、电子学、光电子学、量

6、子电子学、光子学和原子物理学等学科。纵观导航和制导传感器技术发展历程，每个阶段发展都有新兴科学技术作先行者。1960年世界第一台激光器问世。1963年，环形激光陀螺(ＲLGs)首次通过实验验证，1975年用于导航。1985年，光纤通信技术迅速发展，借助光纤通信技术基础，光纤陀螺(FOGs)用于导航。为了使FOGs小型化，仍然借助光纤通信工业中研制的光子晶体光纤(PCFs)的干涉光纤陀螺(IFOGs)研制成PC-IFOGs和集成光波导陀螺(IOGs)。20世纪80年代，工业界首创用已有大规模集成电路制造技术制造微电子机械系统(M

7、EMS)。1999年，美国陆军航空和导弹指挥部(AMCOM)导弹研究开发工程中心(MＲDEC)确认MEMS对满足未来军事任务要求有很高的应用价值。MEMS技术在满足导航、导弹制导性能要求的条件下，追求减少导弹系统尺寸、重量和成本［1］。实际上，现有惯性导航技术已经达到任务要求精度的上限。各种辅助和加强传感器已经组合到惯性系统，如全球定位系统(GPS)、速度计、导弹寻的器、星跟踪器、激光雷达等。GPS可用于辅助较低性能传感器导航。GPS不是在任何条件下都能使用，如果存在干扰，在市区、室内或隧道和山洞以及卫星丢失情况下失灵，必须有其

8、他导航传感器很快完成导航。本文对已成熟的导航和制导技术不加赘述。收稿日期:2014—01—22本文重点阐述MEMS/微光机电系统(MOEMS)惯性传感器技术的进展。MEMS已广泛用于GPS，由PC-IFOGs发展成的IOGs是MOEMS芯片式系统，它将借用通信技