随着国际形势的日趋复杂和科学技术的飞速发展,新概念、新思想、新原理的武器装备不断涌现,其性能要求也越来越高,高智能、高机动性、微小型化、轻质化、高可靠、低成本、信息化成为重要的发展趋势"。自20世纪80年代MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems, 微机电系统)技术出现后,MEMS陀螺仪及加速度计成为惯性传感器家族中的一大种类。MEMS惯性传感器采用有别于传统惯性传感器的集成电路加工工艺,具有寿命更长、制造成本低廉且可靠性更高等优点,同时具有体积、耗电量更小、重量更轻、易集成、大批量生产等特点。在MEMS惯性器件发展基础上, MEMS惯性测量单元(以下简称MEMS IMU)成为了MEMS领域研究和发展最重要的方向之一-[2-31。 和传统的惯性导航系统相比,MEMS IMU更能够充分发挥作战武器的“灵巧性、智能性”,在保证作战效能的条件下,使其具有“轻质化、微型化”特点,可广泛应用于中短程战术导弹、远程制导炮弹、精确制导炸弹、小型无人机、单兵导航系统等。
军事应用的MEMS IMU,对精度、全温范围性能、抗恶劣环境能力等方面具有较高要求。从世界范围上看,经过近30年的发展,欧美等西方国家微机电惯性导航技术的进展和应用进程明显快于国内,实施了多项重大的惯性器件及系统发展计划,并在多种武器型号中进行了试验和部分应用。国外军用MEMSIMU主要研制单位有BEI、Drapor 实验室、Honeywell、 MEMSENSE、 Xsens, Sorsonor、 BAE等。
近年米,欧洲的MEMS IMU 发展十分迅速,多个国家研究和开发了多种典型产品,并在多个军用领94.202 ching A cademic了oimal域进行试验和应用。英国BAE 公司研制的MEMS IMU已经成功应用于战术导弹及炮弹领域:挪威Sorsonor公司研制的STIM202. STIM210等产品以优异的性能及环境适应性具备了应用于多种军用领域的条件;德国Goodrich公司的MEMS惯性产品近期顺利完成了欧洲航天局地球探测卫星的相关任务。美国甚至制订“通用敏感、制导计划”,计划采用微机电惯性技术满足美军90%的制导武器的需求",以战术级微机械陀螺(0.1%/h~30%h) 和高精度微机械加速度计(10°g~10°g)为标志的高端微惯性仪表已经完成工程化研制,并进入型号应用阶段。图1为美国MEMSENSE公司的MEMS IMU典型产品,其中H3-IMU系列产品(如图1右图所示)集成了三轴硅微加速度计、三轴硅微陀螺、三轴磁传感器于- -体,具有高度集成化、体积小、重量轻等优点。
我国MEMS的研究始于20世纪90年代初,起步并不晚,在“八五”、“九五”期间得到了国家财政及技术的极大支持。经过近20年的发展,我国已在微型惯性器件和惯性测量组合、机械量微型传感器和制动器、微流量器件和系统、生物传感器和生物芯片、微型机器人和微操作系统、硅和非硅制造工艺等方面取得一定成果”。
国内有多所高校和科研单位已经开展MEMS微惯导系统的研究,高校主要有:清华大学、西工大、.哈工大、中北大学、东南大学、北京信息大学:科研单位主要有:中电集团26所、航空618所、航天704所、航天33所等。清华大学曾经利用国外惯性器件研制了微型惯性测量组合,并在开发基于自行研制的硅微陀螺的MEMSIMU;中北大学研制的微型惯性测量组合曾在导弹头罩分离实验中得到应用,实验获得的测试数据,较好地反映了导弹的实际运动规律。航空618所研制的MEMS IMU己在航空领域的进行应用:航天33所,自“九五”开始进行微机电惯性导航系统的研究,在微机电惯性导航系统的参数标定、温度补偿、导航算法等方面进行一系列的攻关,成果已得到成功应用于部分军事领域。上述研究成果,为国内微机电惯性导航系统的进一步研制和发展提供了坚实基础。
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