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。     

面向声源定位的改进广义互相关时延估计方法

面向以数字微机电系统(MEMS)麦克风作为声传感器的声源定位阵列,完成了前端麦克风阵列的电路设计和以现场可编程逻辑门阵列(FPGA)为核心的数据采集系统的开发,并对麦克风输出的脉冲密度调制信号进行了降采样处理.针对传统的广义互相关算法在低信噪比下时延估计误差较大的问题,提出了一种改进PHAT加权函数的方法.在同等条件下对基于不同加权函数的广义互相关算法进行了MATLAB仿真验证,实验结果表明,在低信噪比条件下该方法相较于传统的广义互相关算法,时延估计误差更小且抗噪性能更强.     

石英谐振加速度计振梁内部热应力的抑制方法研究

石英谐振加速度计具有抗干扰能力强、准数字输出和易于集成等优点，但温漂成为了制约其稳定性指标的关键因素。本文通过全石英无异质材料设计和热应力隔离结构方案有效抑制加速度计振梁内部产生的热应力。传感器敏感结构由惯性质量块、铰链、固定基底和微谐振器组成，均采用石英晶体材料制备，且两个微谐振器呈差动布置可以通过差分对振梁内热应力进行部分抑制。通过微谐振器的四边形框架设计可以将工作环境中产生的热应力与振梁隔离，再对固定基底上的热应力敏感部分进行拓扑优化设计来抑制工作时从固定锚点处传递至振梁内部的热应力。本文对石英谐振加速度计进行了全温度下的有限元仿真计算分析，工作环境温度从室温到75 ℃，微谐振器振梁内部产生的热应力经优化后减少了99.41%以上。     

一种基于模观测法的离心机加速度计组合标定方法研究

为了实现惯性组合中加速度计误差模型系数的整体标定,提高惯性导航系统的导航精度,应用模观测法重点实现了对加速度计二次项系数的标定.应用Tylor级数对加速度模型的解进行多项式展开,利用最小二乘法求得含误差模型系数的中间变量,并给出了加速度计的二次项系数、标度因数以及零偏的计算公式.设计了20位置法对加速度计组合进行标定,通过仿真验证了该方法的有效性,并分析了安装误差角和杆臂误差对系数标定精度的影响.结果 表明,安装误差角与杆臂误差对系数标定的影响小于10-8,在实际标定过程中可以忽略.     

小波阈值去噪法在MEMS陀螺信号处理中的应用

近年来MEMS陀螺发展迅速，应用广泛，但性能参差不齐。为改善MEMS陀螺的输出信号性能，综述了近年来小波阈值去噪法在该领域内的研究进展情况。重点从阈值函数的不同改进形式、阈值选取方式的不同以及分解层数三方面对比分析各小波阈值去噪法之间的优缺点。通过现阶段的去噪效果评判标准，结合MEMS陀螺信号的特点，对近年来小波阈值去噪的应用情况进行分析说明，总结小波阈值去噪法在不同使用条件下对MEMS陀螺信号处理上的优势与不足，为后续相关研究提供一定的参考价值。     

“田园一号”微推进系统设计与性能测试

针对“田园一号”微纳星编队飞行任务的技术需求，开展了微推进系统的总体设计。常规冷气推进由于其比冲低、贮存压力高、结构复杂，难以满足微纳卫星需求。选择R134a作为推进工质，通过将推进剂液化，减小系统体积。基于3D打印技术，设计贮箱、稳压罐、管路一体的推进系统。采用MEMS加工工艺，设计并研制出电加热喷口，从而提高系统比冲。分析了不同喷口尺寸、供气压力以及温度下所产生的推力和比冲大小，确定出喷口设计。表征测试所研制的电加热喷口，结果表明喷口加工误差控制在2%以内。真空条件下，采用扭摆测量系统测试推力器推进性能，测试结果表明，当稳压罐内气体压力在0.1～0.2 MPa变化时，推力大小为5～10 mN。当喷气温度从25℃升至95℃时，推进系统比冲可提升10%以上。     

基于卡尔曼滤波法的船载惯性测量单元设计

随着信息时代的到来,人类文明空前繁荣,尤其是互联网普及的近几十年,社会进步更是突飞猛进.与此同时,人类的生产、生活越发的依赖于全球信息以及获得信息的通信设备,作为全球通信的重要组成部分,海洋通信依赖于船载动中通设备,而为了保障船载动中通的通信能力与通信质量,姿态信息不可或缺,因此姿态测量单元是船载动中通的核心器件.但常规姿态测量单元价格昂贵,简易姿态测量单元精度不足,需要通过合理的算法弥补彼此的不足.介绍了我所在民用船载动中通领域如何运用常规的微电子(MEMS)传感器测量数据构建惯性测量单元(IMU)并通过卡尔曼滤波法与四元数获得稳定、可靠的欧拉角姿态信息.此方法简单易行,通过数据融合提升了常规的微电子传感器对欧拉角姿态信息测量的精度,可广泛的应用于各个行业.     

基于硅基MEMS三维集成技术的片式多波束发射前端

基于多波束发射前端的相控阵,具有波束灵活扫描和多目标同时通信的能力,是低轨互联网通信卫星的重要微波子系统.采用硅基MEMS三维异构集成技术,将多个微波单片集成电路MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)和硅基MEMS功分交叉网络等无源结构一体化集成,实现了一种K频段8波...