微型惯性测量装置的技术分析与发展建议

1.引 言 在惯性测量系统中,惯性敏感器件——陀螺仪和加速度计是其重要的组成部分,同时也是制约仪表小型化和微型化的瓶颈。长期以来人们一直在探寻使其小型化的途径和方法,基于微机电技术研究设计微型惯性测量系统一直是值得关注的领域。2.微型惯性测量装置的特征 2.1微惯性测量装置 微惯性测量装置包括微加速度计、微陀螺仪和微惯性测量组合。微惯性测量系统技术的基础     

微惯性测量组合安装误差标定方法研究

微惯性测量组合是由MEMS惯性传感器组成的新型惯性测量系统,其测量精度除受各惯性传感器测量精度的影响之外,还受到微惯性测量组合安装误差的影响。通过分析MIMU安装误差模型,针对在使用微惯性测量组合惯性输出对组合安装误差标定过程中遇到的实际问题,提出了确实可行的解决办法。     

SIMU中加速度计动态误差数学模型探讨

在全面地考虑了捷联惯性测量组合 SIMU中加速度计各坐标系误差角的情况下 ,对 SIMU中加速度计的动态误差模型进行了推导。推导结果对加速度计动态误差数学模型的内容有了更为深入的认识 ,使得深刻理解动态误差的机理、提高加速度计及捷联惯性测量组合的精度设计有了更精确的数学依据。     

石英挠性加速度计测量航天器微振动的方法

利用高精度石英挠性加速度计可以测量航天器低频微振动,同时也可实现航天器在轨微角振动的间接测量。针对航天器特点,结合石英挠性加速度计工作特性,提出用高精度石英挠性加速度计测量航天器微振动的方法,给出微振动加速度、角加速度、角速度和角位移的不确定度分析,根据测量原理给出了各影响因素对测量合成不确定度的计算方法和分析结果。针对卫星敏感载荷的刚体平面测试环境,设计8个加速度计测点布局,开展了整星试验。试验数据分析表明:石英挠性加速度计可准确测量航天器的低频微振动(200 Hz以内),其直接测量和间接测量结果满足测量应用需求,线加速度测量分辨率为5μg,角位移测量分辨率为0.015″。     

惯测组合的测试原理及方法

惯测组合是惯性制导系统的一个重要组成部分，通过对惯测组合测试，可鉴定其性能和质量，同其误差模型进行补偿，以供控制系统使用。本文主要针对二自由度挠性调谐陀螺仪，讲述了惯测组合（主要由陀螺仪和加速度计组成）的测试原理的方法，首先介绍耻组合的组成、静态误差模型，然后给出试验方法（有两个试验：速率试验和位置试验），最后讲述了试验数据处理的方法及原理。     

MEMS惯性传感器研究现状与发展趋势

基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)技术的惯性传感器具有重量轻、成本低、体积小等优点,在民用、航天及军事领域有着极其广阔的应用和发展前景。伴随着MEMS技术的快速发展,MEMS惯性传感器各项性能指标也得到了显著提升。对MEMS陀螺仪、MEMS加速度计以及MEMS惯性测量单元(IMU)的基本工作原理、分类及研究现状进行梳理,并对其发展趋势进行了分析与展望。     

九加速度计NGMIMU实用设计方案

无陀螺微惯性测量单元（NGMIMU）的九加速度计配置方案是该系统所有方案中运算量最小、最适合实时运算的。该方案要求若干加速度计安放在同一点上，但加速度计本身有体积，而且相对于实用载体而言其体积是巨大的，故导致巨大的系统误差。本文根据NGMIMU算法和加速度计特性提出一种全新的实用算法。该算法在要求加速度计安装满足一定条件的基础上，将多个加速度计进行分组计算，在没有增加任何计算量的情况下，从原理上消除了由于加速度计体积带来的误差。九加速度计NGMIMU实验结果显示，应用该算法测量误差小于8％，证明了该算法的正确性。     

基于DSP的微型捷联惯导系统设计

主要讨论微小型惯性导航系统的工程设计问题。以微机电惯性测量元件(MEMS-IMU)为惯性传感器,以数字信号处理器(DSP)为核心作为导航计算机,设计构造了一种微小型捷联惯性导航系统。给出了系统的硬件结构框图和程序设计流程图,并讨论了DSP软件设计和调试中的一些问题。利用本方案,对于实现军事和工程领域中导航系统微小型化、降低系统成本和体积具有重要意义。     

电容式硅微机械加速度计系统的特性研究

微硅电容式加速度计是目前微硅加速度传感器发展的主流,影响其性能有多方面的因素。现详细分析了电容式微加速度计敏感模态的工作原理,阐述了不同情况下提高加速度计静态灵敏度所应采取的措施,给出了加速度计三种振动模态的谐振频率与结构参数之间的关系,通过对加速度计集总模型分析,得到了反映和影响加速度计性能的阻尼、灵敏度、分辨率和吸附电压等关键物理量的具体表达形式。从而可知,加速度计的性能和梁的尺寸,检测质量块质量、极板面积、开孔数目等因素有关。     

多传感器组合导航系统研究

设计了一种由INS、GPS和Doppler测速雷达构成的多传感器组合导航系统。采用GPS伪距、伪距率以及Doppler速度与INS组合 ,建立了其卡尔曼滤波方程 ,设计了飞行轨迹 ,给出了惯性元件精度较低时组合系统的仿真输出。仿真结果表明 ,多传感器组合导航系统能有效提高导航精度 ,降低对惯性元件的性能要求 ,是导航系统的发展方向     

双捷联冗余控制系统中的加速度计及陀螺仪判别方法研究

采用冗余技术可以大幅度地提高运载火箭控制系统的可靠性。根据我国现有惯性器件的发展水平，挠性陀螺速率捷联技术比较成熟，因此利用挠性陀螺速率惯测组合组成双捷联冗余控制系统是目前实现冗余的可行之路。目前广泛使用的挠性速率惯测组合是某些型号所采用的“五表”组合，本文对以其构成的双捷联冗余系统，进行了加速度计及陀螺仪判别方法研究，并探讨了惯性组合采用非平行安装的方案。最后进行了数学仿真试验。结果表明，本文提出的加速度计及陀螺判别方法可以有效地进行冗余信息的管理。     

微机械技术与微传感器发展——21 世纪航天传感器技术展望

论述了微机械技术对传感器发展的巨大推动作用及其在航天传感器上的应用前景，并介绍了微机械技术在传感器上近期应用研究的主要内容。     

航天飞机惯性仪表

美国航天飞机惯性仪表提供航天飞机各飞行段的位置、速度、姿态角。安装位置如图所示。航天飞机惯性仪表包括:惯性测量装置、横向、法向加速度计、安装在轨道器和固体助推器上的速率陀螺等,其中惯性测量装置中选用四框架平台。     

光纤加速度传感器

介绍开环和闭环两种光纤加速度传感器的特点、工作原理和结构简图，论述了温度对开环光纤加速度计的影响，以及解决此影响的方法，并给出了消除温度漂移误差的系统框图。     

机抖激光陀螺捷联系统中惯性器件的温度补偿的研究

研究了机抖激光陀螺和加速度计的温度特性。通过重复性温度实验，得到了激光陀螺零偏的温度补偿模型；通过静态特性测试，得到了加速度计的补偿模型。结果表明，得到的模型可以有效补偿惯性传感器的漂移，使陀螺的精度提高了4．6倍，加速度计的漂移小于一个脉冲，并可以通过温度补偿来缩短系统的预热时间，由原来的半小时到基本不需预热；系统的精度提高了1倍。     

惯性加速度计横向灵敏度的振动台测试方法仿真分析

横向灵敏度对惯性加速度计的影响十分重要,但目前尚无标准的测试方法。本文参考振动加速度计横向灵敏度标准测试方法,提出利用振动台进行惯性加速度计横向灵敏度测试。在惯性加速度计某种通用的多项式模型基础上,结合振动加速度标准测试流程,针对某种单轴摆式线加速度计进行横向灵敏度仿真。仿真结果表明,振动台方法能够用于惯性加速度计横向灵敏度测试,惯性加速度计的非线性使其横向灵敏度特性与振动加速度计存在显著区别。     

捷联惯导系统内杆臂补偿方法及试验验证

在实际捷联惯组中,三只加速度计的比力测量对应于不同的点位置,如果直接作为捷联惯导算法的输入,角运动条件下会引起导航误差。对于加速度计非正交安装情形,在常规静态标定模型基础上,推导了考虑内杆臂效应后的动态标定模型。以导航速度为观测量,建立了加计组合内杆臂补偿的一般模型方程。针对激光捷联惯性组合,设计了简便的试验方法用于辨识内杆臂参数,高强度的摇摆试验表明内杆臂补偿有效地提高了导航精度,速度误差降低达77%以上。       

惯测组合快速高精度标定方法研究

研究了基于机械转子陀螺的捷联惯性测量组合位置标定的一种不对北免调平测试新方法,提出了利用位置转换进行速率标定的快速测试方法,大大缩短了测试时间。同时,采用脉冲计时取代传统的脉冲计数,显著提高了参数标定的精度。采用该方法实现了惯性测量组合的高精度快速测试。     

CG3-3伺服过载传感器

一、前言传感器按系统类别可分为开环和闭环传感器。本传感器属于闭环传感器,利用力平衡原理测量过载参数。利用平衡原理是提高传感器精度的重要技术措施。用于惯导系统的加速度计大部分都采用这种原理,但这些加速度计为了千方百计提高精度一般都相当复杂,成本高,因此不宜作为测量用的传感器。本传感器从遥测本身要求出发,简化了力平衡系统的结构,满足了航天对高精度遥测小量程过载参数的需要。     

基于自适应滤波的飞艇组合导航系统研究

研究一种基于自适应滤波的飞艇组合导航系统。采用低精度光纤陀螺和石英加速度计构造惯性测量装置(IMU),研究其高精度导航解算算法;对标准的Sage-Husa自适应滤波方程进行简化变形,设计IMU/北斗组合导航自适应滤波算法,解决组合导航系统噪声和量测噪声统计特性不确定问题。仿真结果表明,在长航时复杂恶劣环境下,基于自适应滤波的IMU/北斗飞艇组合导航系统仍具有较高的导航精度和优越的抗干扰能力,具有良好的工程应用前景。