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。     

一种无卫星辅助的制导弹药滚转角误差修正算法

针对海军舰载制导弹药MEMS惯导系统在卫星失锁后滚转角误差较大的问题，提出了一种不依赖卫星的制导弹药误差修正算法。根据弹体高速旋转时的定轴性使得短期内弹体侧向位移为零的特点，建立了弹体发射坐标系导航误差方程。利用自适应扩展Kalman滤波估计与修正卫星失效条件下的滚转角误差。为了检测并抑制量测突变引起的随机误差，使用自适应因子来调整滤波器参数。车载模拟试验和弹道仿真结果表明，10s对准时间内，滚转角误差能够收敛到0.5°以内，满足制导弹药控制精度的要求, 降低了制导弹药飞行过程中对卫星导航的依赖，提高了系统的自主性。     

Radiation testing of a commercial 6-axis MEMS inertial navigation unit at ENEA Frascati proton linear accelerator

We present the first results of a novel collaboration activity between ENEA Frascati Particle Accelerator Laboratory and University La Sapienza Guidance and Navigation Laboratory in the field of Radiation Hardness Assurance (RHA) for space applications.The aim of this research is twofold: (a) demonstrating the possibility to use the TOP-IMPLART proton accelerator for radiation hardness assurance testing, developing ad hoc dosimetric and operational procedures for RHA irradiations; (b) investigating system level radiation testing strategies for Commercial Off The Shelf (COTS) components of interest for SmallSats space missions, with focus on devices and sensors of interest for guidance, navigation and control, through simultaneous exploration of Total Ionizing Dose (TID), Displacement Damage (DD) dose and Single-Event Effects (SEE) with proton beams.A commercial 6-axis integrated Micro Electro-Mechanical Systems (MEMS) inertial navigation system (accelerometer, gyroscope) was selected as first Device Under Test (DUT). The results of experimental tests aimed to define an operational procedure and the characterization of radiation effects on the component are reported, highlighting the consequence of the device performance degradation in terms of the overall navigation system accuracy. Doses up to 50 krad(Si) were probed and cross sections for Single-Event Functional Interrupt (SEFI) evaluated at a proton energy of 30 MeV.     

基于自适应KF动态虚拟陀螺数据融合算法的研究

微机电系统(MEMS)陀螺与光纤陀螺相比,传感器的精度较低。为了提高MEMS陀螺的精度,通过组合多个相同陀螺实现虚拟陀螺的功能,同时提高虚拟陀螺的静态和动态性能。通过分析陀螺的Allan方差,并考虑陀螺之间的相关性,建立陀螺的测量模型;使用自回归(AR)模型建立预测模型,对卡尔曼滤波(KF)算法进行优化;搭建多MEMS陀螺仪硬件平台,获取数据并实时计算,融合多陀螺数据输出最优估计值,使用高精度转台分别在静态和动态条件下测试滤波效果。实验结果表明:静态条件下虚拟陀螺误差的方差可降低为单个陀螺的1/94,动态条件下降低为单个陀螺的1/18。基于自适应KF的虚拟陀螺可以显著提高精度。     

用于PolyStrata技术的光刻工艺探索研究

在高集成的射频微机电系统RF MEMS（Radio Frequency Micro Electro Mechanical System）器件的发展趋势下,三维集成工艺的研究越来越多。基于PolyStrata技术的三维多层堆叠同轴器件以其无色散、低损耗、超宽带的优势脱颖而出,PolyStrata技术使用紫外厚胶作为牺牲材料,对光刻胶粘附性、精度、工艺兼容及释放性能要求高,常规厚胶难以满足。探索A、B两种紫外光刻厚胶,对两者工艺参数及图形质量进行对比研究。结果表明,光刻胶A厚度均匀性为98.6%,图形偏差小于10μm;光刻胶B图形偏差小于5μm,但均匀性较差,约80.4%。     

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。     

MEMS陀螺仪随机误差的Allan分析

为了减少MEMS陀螺仪的误差并提高其精度,需要对陀螺仪误差进行估算与补偿,因而建立陀螺仪的随机误差模型。在陀螺仪随机误差模型分析方法中,有功率谱密度分析、时序ARMA模型及Allan方差分析。Allan方差分析是在时域上对信号频率稳定性进行分析的一种通用方法。通过分析Allan方差,可以分辨出存在于MEMS陀螺中的各种类型噪声。文中用Allan方差对MEMS陀螺仪进行具体分析,得到存在于陀螺仪信号中的各误差源。实验结果表明,Allan方差分析是建立陀螺仪随机误差模型的一种很实用的方法。     

基于小型一体化MEMS惯性组合单元的应用研究

介绍基于小型一体化MEMS惯性组合单元的发展和应用情况,结合MEMS惯性组合导航解算软、硬件设计的特点,阐述MEMS导航系统的工作原理,分析空间飞行器使用MEMS进行导航的关键技术,对我国开展MEMS惯性组合的研制提出建议.     

加速度计横向误差对无陀螺捷联惯导的影响

现在,国内外越来越重视对无陀螺捷联惯导系统的研究,然而在解算惯性组合基本分量时把加速度计理想化了,忽视了加速度计横向输出对解算结果的影响,从而影响了无陀螺捷联惯导系统的制导准确度。将加速度计的横向输出带人了解算过程,与传统解算过程所得的结果比较,系统基本分量更加精确,对提高无陀螺捷联惯导系统的制导准确度有重大意义。     

单框架控制力矩陀螺群的奇异几何分析

使用几何方法对单框架控制力矩陀螺群（包括转子恒速的CSCMG和转子变速的VSCMG）的奇异性进行了分析。通过绘制CSCMG的奇异角动量超曲面,并标识隐奇异和显奇异在该曲面上对应的点,直观地表述了CSCMG的可操纵空间,得出星体三轴角动量可交换的具体范围。比较奇异角动量超曲面图,可以看出金字塔构型在角动量饱和包络面内部存在显奇异,而五棱锥构型的显奇异十分接近饱和包络面。文中分析了金字塔和五棱锥两种构型的CSCMG可能的退化隐奇异点,并给出了退化隐奇异点在奇异角动量超曲面上的具体位置及其高斯曲率特性。对集成的能量和姿态一体化控制系统（IPACS）可能出现的无法操纵的情况进行了补充分析,给出了使用VSCMG的IPACS不会出现操纵奇异的构型设计的充分条件。给出在某一瞬时能量下,VSCMG转子角速率范围有限制时的角动量包络图,从中得到CSCMG与VSCMG角动量体的变化和联系。