王思远,罗世彬

(中南大学 航空航天学院,湖南 长沙 410086)

0 引 言

惯性导航技术由于其具有自主性、全天候、抗干扰等特点,而成为众多导航技术中可实现自主导航的一种最重要的技术手段[1,2]。由于微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)惯性传感器具有成本低,体积重量小,强抗冲击及功耗低等优点,在惯性导航领域中发挥着重要作用。为提高MEMS惯性导航系统精度使其满足精度需求,旋转调制技术是一种有效手段。

1 MEMS惯性导航系统发展现状

MEMS惯性导航系统主要由MEMS陀螺仪与MEMS加速度计组成。根据精度高低,陀螺仪可分为消费级、战术级、导航级、战略级,如表1所示。近些年MEMS惯性传感器快速发展,精度已超过0.001°/h[2]。

表1 陀螺仪分类

随着硅材料的出现,加工工艺的提升,MEMS惯性导航技术快速发展,体积、重量降低,精度提高,而且采用组合导航技术使MEMS惯性导航系统精度进一步提升,在智能无人系统领域内不可或缺。

MEMS惯性导航系统的精度主要受MEMS陀螺仪精度的影响,MEMS陀螺主要包含振动臂式MEMS(音叉式)陀螺、振动盘式MEMS陀螺、环形谐振MEMS陀螺。MEMS加速度计主要分为位移式MEMS加速度计、谐振式MEMS加速度计、静电悬浮MEMS加速度计[3～6]。

MEMS陀螺仪发展历程：上世纪压阻现象的发现为MEMS惯性传感器的实现提供了理论基础。1967年提出的表面牺牲层技术,为高谐振频率的悬梁技术的实现提供了支持。20世纪90年代末期,Draper实验室研制出首台振动式MEMS陀螺仪；1993年，Draper实验室研制出的音叉线振动式MEMS陀螺仪推动了MEMS陀螺仪的发展。1997年,University of California,Berkeley研制出首款表面微机械Z轴陀螺仪；……