2022年国外惯性技术发展与回顾

惯性技术广泛应用于海、陆、空、天各种载体的导航、定位与控制。通过对2022年的IEEE惯性传感器与系统会议、DGON惯性传感器系统会议、MEMS国际会议和圣彼得堡组合导航会议等惯性技术相关会议文献以及惯性技术领域相关机构披露的动态信息进行的详细梳理,总结了光学陀螺、微机电(MEMS)陀螺、半球谐振陀螺(HRG)、加速度计以及新兴的量子惯性传感器等惯性仪表及惯性导航系统(INS)的发展现状,并对惯性技术领域的发展趋势进行了分析与展望。当前,惯性技术领域相关研究主要侧重于小型化、提高精度和降低成本等方面。其中,光学陀螺较为成熟,更为侧重于小型化相关研究;微机电陀螺正在致力于向导航级性能突破和发展;半球谐振陀螺主要着力于探索降低高端产品的制造成本。     

基于零速修正的行人导航关键技术及研究进展

在室内等卫星导航受限场景下，可采用MEMS惯性传感器对行人进行自主导航定位。采用MEMS惯性传感器的行人自主导航技术主要包括基于步长估计的行人航位推算和基于零速修正的行人导航算法两种方式。首先介绍了两种方式的基本原理，然后重点分析了零速修正的行人导航算法，阐述了相关的关键技术和研究进展。最后，对行人自主导航未来的发展趋势进行了展望，并指出了需要重点关注的技术难点。     

MEMS惯性器件工程化测试体系研究

由于低成本和高可靠性的优势,MEMS惯性器件被广泛用于军事、汽车、消费类电子等领域.但是国内目前无法实现工程化和批量化生产,国产MEMS惯性器件的市场占有率增速缓慢.分析了制约国产MEMS惯性器件工程化的瓶颈,设计了一套用于批量化生产的测试系统,该系统已经过实际生产验证,具有自动化和高效率的优势.该系统能有效降低生产成本,加速解决MEMS惯性器件工程化问题.     

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。     

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.     

MEMS陀螺阵列技术研究进展

MEMS陀螺仪体积小、功耗低的优点扩展了惯性器件的应用领域,对于制导武器的小型化具有重要的意义.但国内MEMS陀螺仪精度相对偏低、噪声大,这限制了它在高精度军事领域的应用.陀螺阵列可以利用冗余信息有效提高MEMS陀螺的精度,实现低精度陀螺的高精度应用,而不需要技术和工艺的突破.介绍了MEMS陀螺阵列的基本原理,总结了陀螺阵列近年来的研究进展.在此基础上,提出了陀螺阵列的4大关键技术:陀螺冗余系统配置,误差分析、建模与标定,故障诊断以及信息融合.最后,分析了陀螺阵列的发展特点以及研究重点,给出了MEMS陀螺阵列技术未来的发展思路.     

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。     

2021年国外惯性技术发展与回顾

对2021年IEEE惯性传感器与系统会议、MEMS国际会议、圣彼得堡组合导航会议等惯 性技术相关会议文献,以及惯性技术领域相关机构披露的动态信息进行详细梳理。总结了光学陀 螺、微机电(MEMS)陀螺、半球谐振陀螺(HRG)、原子陀螺和加速度计等惯性仪表及惯性系统的发 展现状,并对惯性技术领域的发展动向进行了剖析与展望。     

台速度估计(英文)

针对惯性稳定平台中高精度和高带宽的速度信号需求,提出了基于低成本MEMS传感器的最优速度估计算法。采用一种新颖的传感器组合形式,包括一个低带宽的MEMS陀螺和两个低性能的MEMS加速度计。陀螺由于自身动态特性的影响,主要提供速度的低频信息,加速度计组合则由于自身偏置的影响,主要提供速度的高频信息,而估计器将两者信号进行融合。实验表明:最优状态估计器能够在时频域上,提供无偏的、高性能的速度信号。同时,在单自由度微型惯性稳定平台的应用过程中,其控制性能得到了相应的提高。该算法也适用于机器人控制、姿态估计和摩擦补偿等领域。     

微小型飞行器的MIMU系统结构设计方法

针对微小型飞行器安装空间小、承载能力弱的特点,提出一种“T”型结构的微惯性测量单元（MIMU）系统设计方法,采用基于微机电系统（MEMS）技术的新一代微型惯性器件,在深入分析MIMU结构设计基本原则和方法的基础上,设计加工了“T”型支撑结构并组成了实际系统。该MIMU系统充分利用了空间,大大地减小了体积和重量。有限元分析表明：该MIMU力学性能较高,所研制的实际系统实现了微小型飞行器的自主飞行,各性能参数满足要求,是一款适用于微小型飞行器的MIMU。     

An integrated GPS/MEMS-IMU navigation system for an autonomous helicopter

During the last years, there is an increasing demand for cheap and easy to operate platforms for surveillance and reconnaissance purposes. Therefore, the development of micro aerial vehicles is receiving an increasing attention. However, VTOL-MAVs often show an inherent instability that makes at least an automatic stabilization necessary, because otherwise the operator would not be able to keep these vehicles airborne. This requires the availability of navigation information, especially the vehicle's attitude has to be known.This paper addresses the development of an integrated navigation system based on MEMS inertial sensors and GPS for a VTOL-MAV. Special attention is paid to the handling of GPS outages. While usually periods without GPS aiding can be bridged using the unaided strapdown solution, the poor quality of the MEMS inertial sensors prohibits this approach here. Therefore, during GPS outages the accelerometer data is interpreted as approximate measurements of the local gravity vector. Additionally, the usage of a magnetometer providing measurements of the Earth's magnetic field is motivated and discussed. Finally, flight test results illustrate the performance of the resulting system, proving that the achieved attitude accuracy is sufficient for the automatic control of the MAV. This holds in situations with permanent GPS loss and dynamic maneuvering, too.     

2020年国外惯性技术发展与回顾

通过对IEEE惯性传感器与系统会议、MEMS国际会议、圣彼得堡组合导航会议、PLANS会议和DGON ISS会议等惯性技术相关会议文献,以及惯性技术相关机构发布的一些动态信息进行梳理,总结分析了惯性技术领域的最新发展动态,并重点介绍了光学陀螺、微机电(MEMS)陀螺和加速度计等惯性器件的发展现状,以及美国为增强定位、导...     

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。     

MEMS Electronically Steerable Antennas for Fire Control Radars

Large apertures are of great benefit to applications that are prime powered limited as is found on aerostat and other airborne platforms. Electronically scanned array antennas are often proposed for these applications. However, increasing the aperture area with conventional array technology is met with prohibitive cost, weight, and prime power increases because of the dense spacing of phase shifters and/or active T/R modules. This discusses the recent development of RF MEMS (Microelectromechanical System) switch technology and the use of these switches in a Radanttrade lens configuration for arrays of approximately 10 m² at X-band. A proof-of-concept 0.4 m² MEMS Electronically Steerable Antenna (ESA) containing 25,000 MEMS switches has been successfully designed, fabricated, and tested. The 0.4 m² MEMS ESA was then integrated with an AN/APG-67 radar system to form the MEMS Demonstration Radar System. The MEMS Demonstration Radar System successfully detected both airborne and ground moving targets during a series of extensive radar demonstrations. This is believed to be the first large scale employment of MEMS switches in a scanning antenna and radar system. The low-cost, lightweight, and low power technology demonstrated can enable weight and power constrained platforms with electronic steering.     

行人导航系统中的MEMS误差在线修正技术

在基于微惯性器件的行人导航系统中,陀螺仪和加速度计的偏移是降低系统定位精度的重要因素。传统的标定方法大多在实验室中进行,后续导航解算都是基于标定后的固定模型,然而MEMS器件长时间工作后,标定模型参数发生变化会导致系统导航性能下降。通过分析行人导航系统及MEMS器件的特点,提出了一种基于误差模型的MEMS器件参数在线修正方法。根据行人行走的特点,检测并区分行走过程中的可修正区间与不修正区间。在可修正区间基于逆向解算算法实现了对陀螺仪和加速度计零偏的在线修正,并提出了主航向反馈修正算法,提高了行人导航系统长时间导航性能。实验结果表明,40m行走实验中,系统定位精度提升了9.07%;300m行走实验中,系统定位精度提升了13.14%。     

防空导弹惯性技术综述及展望

从精确打击入手阐述了惯性技术对于防空导弹的重要性,提出惯性技术是防空导弹自主导航制导的核心之一。回顾了防空导弹惯性技术的发展历程,从快速反应、工作环境、测量精度等方面概述了防空导弹对惯性技术的需求,梳理了惯性传感器技术、动基座对准技术、高精度自主导航技术等几个关键技术。最后,从新型惯性传感器技术、新材料和新制造技术、新应用场景新需求等方面分析了防空导弹惯性技术的发展趋势,并从工程应用层面对防空导弹惯性技术的发展方向进行了展望。     

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。     

微工程与惯性测量组件微型化发展研究

介绍了基于纳米技术的微工程领域的研究和发展情况,阐述了FPGA、ASIC、ASIS等典型集成逻辑器件设计技术和基于协同仿真、验证设计环境(CVE)进行虚拟样机设计开发的设计理念,介绍了MEMS的基础理论研究,总结了MEMS的技术特点和惯性测量组件微型化的发展趋势和优势.