MEMS惯性器件及系统发展研究综述

将MEMS惯性系统分为ISA、IMU和INS三级,分别介绍了国内外的研究概况,并对MEMS INS的发展趋势进行了讨论,供广大惯性导航研究人员参考。     

微机电系统引领航空技术新变革

微机电系统(MEMS)被认为是21世纪的一项“使能”技术,对航空工业的技术革新将产生重大影响.本文介绍了MEMS在航空领域的典型应用,包括微惯性测量系统、微型飞行器、微流控和灵巧蒙皮、集成光电器件、发动机智能控制等,并探讨了未来MEMS的发展趋势     

惯性微系统封装集成技术研究进展

随着微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)的器件圆片级封装技术、垂直互连转接板技术、新键合工艺技术等技术研究的出现,惯性微系统正在朝着三维封装集成架构发展,以满足微电子技术更高集成度、更小体积、更低功耗、更低成本的发展需求。介绍了MEMS惯性器件和MEMS惯性微系统三维集成技术,硅通孔(Through Silicon Via,TSV)三维互连技术和倒装芯片技术为惯性MEMS微系统三维集成一体化提供了设计空间,有效地降低了惯性MEMS三维集成模块的体积、质量,提高了集成度,符合未来惯性MEMS三维集成多功能融合趋势的需求。     

基于MEMS/UWB组合的室内定位方法

在深入研究超宽带（UWB）与车载低成本MEMS的定位原理和算法的基础上,提出了采用UWB辅助MEMS定位的算法,以抑制MEMS的发散并提高定位精度。设计了两者的融合定位算法,完成了基于MEMS/UWB的室内定位技术研究。最终试验运动253.4m,MEMS定位误差小于0.61m,MEMS/UWB融合定位误差小于0.07m。试验结果表明,MEMS/UWB算法与单独的MEMS定位算法相比,有效地提高了定位精度与定位稳定性。     

基于MCM&SOC方案的微惯性器件系统集成技术综述

近年来,在航空航天、武器装备、高端工业等领域的制导、控制等应用需求的牵引下,微惯性器件的尺寸、质量与功耗(SWaP)指标不断提升,配套电路由PCB逐步升级为ASIC。综合工艺复杂度、成本、性能潜力等因素,基于MCM和SoC的MEMS结构与ASIC系统集成方案逐步成为目前的主流选择。介绍了主流微惯性器件MEMS结构与ASIC的MCMSoC系统集成技术现状,并对各集成方案特点进行了分析对比。此外,对微惯性器件MEMS与ASIC系统集成的关键技术进行了总结。最后,简要分析了国内外差距并展望了下一步发展趋势。     

高品质因子MEMS陀螺仪驱动控制方案研究

真空封装技术和高性能闭环驱动控制方案,是提高MEMS陀螺仪性能的重要措施.通过器件级真空封装技术的研究,使得MEMS陀螺仪Q值达到3000,成品率达到98％,极大地提高了MEMS陀螺仪整表的精度水平和工程化能力,在此基础上,针对高Q值陀螺仪稳幅及稳频控制的难点,设计了一种基于随动控制的自动增益控制回路(AGC),在理论...     

基于嵌入式平台的MEMS/GPS 组合导航系统实现研究

主要研究基于PC104平台的MEMS/GPS组合导航系统硬件实现方法.首先设计了对MTi-30 MEMS器件与GPS接收机的数据采集软件,基于统计分析方法分析建立了传感器的误差模型参数,构建了MEMS/GPS组合算法模型,基于MEMS惯性器件和GPS接收机实测数据确定了Kalman滤波器的系统噪声阵及量测噪声阵模型参数;然后利用实际测量数据进行了MEMS/GPS组合系统导航性能仿真;最后基于PC 104嵌入式平台,构建了MEMS/GPS组合导航系统原理样机,分别在静态和动态情况下完成MEMS/GPS组合导航算法实时测试,导航结果验证了硬件平台及导航算法的正确性.     

基于MEMS传感器的四旋翼组合测姿研究

针对四旋翼无人机机体尺寸较小、带载荷能力有限的特点,设计基于低成本MEMS惯性器件的测姿系统,以满足四旋翼无人机在系统控制方面的需求。但是低成本的MEMS惯性器件具有精度低,随机漂移大,容易受到外界环境干扰等缺点。本文充分发挥四旋翼无人机搭载的MEMS惯性器件的功能,分别利用两种方法测量载体姿态,并通过卡尔曼滤波的方法实现这两种测姿方法的数据融合。经过仿真分析,融合后组合测姿系统的测姿精度得到提高。     

MEMS惯性技术的研究与应用综述

MEMS技术是惯性技术未来主要的发展方向之一。本文介绍了国内外MEMS惯性仪表与系统的研究与应用概况,研究内容与关键技术,以及发展趋势。     

一种基于输出误差观测的冗余MEMS-IMU标定技术研究

针对传统六位置标定存在标定步骤复杂、标定时间长等问题，同时随着MEMS器件冗余数目增加和冗余配置结构复杂化，利用分立标定技术实现器件误差参数辨识的难度进一步增大，且不同配置结构所采用的标定方法存在通用性较差的问题。因此提出了一种基于Kalman滤波的冗余MEMS-IMU分立标定方案。该方案首先采用小角度建模法实现安装误差的精确建模；然后针对直接以转台三轴角速率为观测值，导致部分状态量不可观的问题，提出了以器件的输出误差值作为观测量、以器件误差参数作为状态量设计Kalman滤波器；最后设计了高精度三轴转台转位编排方式，并利用四陀螺冗余结构进行标定仿真试验。仿真结果表明：该标定方法与六位置标定方案相比，标定精度平均提高了11.37%，可实现MEMS器件误差参数的快速辨识，对实际工程实践具有一定参考价值。     

基于任务的微机电惯性系统规模化测试技术研究

针对传统惯性测试技术测试周期长、测试效率低、测试成本高等问题,提出了基于任务的微机电惯性系统规模化测试解决方案。研究分析了微机电惯性系统测试技术的研究现状和发展趋势,建立了基于任务的微机电惯性系统测试体系,详细论证了微机电惯性系统批量、并行、自动化测试解决方案的可行性,为微机电惯性系统规模化测试实践奠定了基础。     

旋转调制微机电惯性系统方案研究

微机电惯性系统具备小体积优势，但现阶段系统精度仍在消费级与战术级之间。研究了旋转调制技术在微机电惯性系统中的应用，探讨了基于PCB小型化电机的微旋转方案，并开展了单轴旋转调制验证试验，以探索旋转调制技术对微机电惯性系统性能的提升作用。结果表明，在微机电陀螺精度约为2(°)/h的条件下，该方案能够实现约0.2n mile/10min的导航精度，相较于同等惯性器件条件下的捷联式系统，精度提高了不止1个数量级，证明了该方案能够有效提高微机电惯性系统的精度。     

多个MEMS惯性姿态模块同时标定方法研究

针对MEMS 惯性姿态模块的应用需求, 根据已有的MEMS 三轴加速度计和 三轴陀螺仪的零偏、标度因子和非正交等误差及其随温度的变化模型, 设计了多个 MEMS 惯性姿态模块误差同时标定的方法,该方法可实现多个模块传感器数据的同步采 集,在常温下可对多个MEMS 惯性姿态模块的非正交误差进行批量标定,在全温度范围 内同时标定多个模块的温度漂移误差。试验表明,该方法校正了MEMS 惯性传感器的非 正交误差和温度漂移误差,提高了MEMS 惯性传感器的精度,同时提高了标定的效率, 减少了标定成本,有利于工程实现。     

MEMS传感器在航空综合电子备份仪表中的应用

概述微机电传感器的技术现状和在IESI中的应用.通过国外典型IESI产品,着重分析了IESI的组成原理、性能特点和微机电传感器的作用.研究表明:包括高精度微机电惯性敏感器、微硅压力计在内的微型传感器开发是IESI的技术关键,国产化IESI设备在军/民用飞机中有广泛的应用前景.     

微惯性测量组合的计算机测试系统

介绍了一个微惯性测量组合(MIMU)的计算机测试系统，对该系统的结构，硬件组成、软件设计进行了描述，重点介绍了系统软件设计中的关键技术：RS232通讯测试技术、VC和Labwindows／CVI的混合编程技术、多线程技术、VC和Matlab的混合编程技术。该系统具有良好的通用性和可扩展性，基于高性能CPU和(CPLD、FPGA等技术的微惯性测量组合的测试过程可以大大提高工作效率，缩短研发周期。     

微机电惯性测量元件在导航系统的应用研究

介绍了微机电(MEMS)惯性测量元件(IMU)的基本情况，总结了误差主要来源，根据公开文献介绍的性能测试参数，建立了动态误差模型，并与GPS测量的速度和位置组合，进行了导航系统的数学仿真。仿真结果表明，MEMS—IMU尚不能独立构成导航系统，但与GPS组合，则可满足低精度的导航要求。