基于MEMS加速度计的无陀螺惯导系统
LH21惯导系统使用说明书
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电压：小体积：5～15VDC 大体积： 24V DC（可定制 9～48V DC） 功耗 Power consumption: ≤2W -40℃～+70℃ 4 种尺寸，用户可以定制。
重量（Weight）
≤200g（小体积，取决于结构尺寸）
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青岛智腾微电子有限公司 四、注意事项：
1)导航系统为精密电子产品，使用时注意防尘、防潮、防霉，轻拿轻放，避 免强烈冲击和振动；
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LH21.ZITN12 非密 S 4
LH21 惯导系统 使用说明书
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青岛智腾微电子有限公司
青岛智腾微电子有限公司 一、 简介
LH21 是一款高精度 MEMS 惯性测量单元（IMU）。该产品具有精度高、可靠性高、 体 积小、重量轻、快响应、功耗低、性价比高等特点，核心部件采用高精度 MEMS 陀螺仪和加 速度计，通过独特的全温惯性仪表补偿算法及卡尔曼滤波与姿态测量算法，能够输出较高精 度三轴加速度、角速度、姿态角，以及位置信息，具有很好的性能指标和较低的价格优势， 广泛应用于航空、航天、航海、自动驾驶、 车辆测试、机器人、管线测量、测斜等领域。
MEMS加速度计和MEMS陀螺仪区别 常见MEMS加速度传感器介绍
MEMS 加速度计和MEMS 陀螺仪区别常见MEMS
加速度传感器介绍
MEMS 加速度计和MEMS 陀螺仪区别
最大的区别就是：工作原理和应用的区别（具体概念看下百科），前者是利用加速度，后者是利用惯性；前者是用在测斜调平，后者是知道通过知道角速率，可以知道物体的姿态，以便进行姿态控制。
两种东西通常是结合到一起应用。
比如IMU（惯性测量单元）：就是由三轴陀螺仪和三轴加速度计组合而成。
结合一起的原因就是：加速度计多用在静态或者匀慢速运动中，而陀螺仪应多用在动态中，而惯性器件随着时间的延长，会有零漂。
所以加速度计会给出一定的修正。
现在为了满足各种需要，有组合导航，即卫星导航和惯导组合
（GNSS/INS）。
MEMS加速度计(accelerometer)与陀螺仪的(gyroscope)原理介绍
基本應用原理
• F：物體所受合外力 • m：物體質量 • a：物體的加速度
• k：物質的彈性係數 • x：位移量
• C：電容量 • ε：介電常數 • A：極板截面積 • d：板間距離
MEMS加速度計原理
物體的加速度=物質的彈性係數X位移量/物體質量
A A點移動到B點
距離＝1/2加速度 ×時間平方
• 陀螺儀又名角速度計，利用內部振動機械結構感測物體轉動所產生角速度， 進而計算出物體移動的角度。
• 兩者看起來很接近，不過加速度計只能偵測物體的移動行為，並不具備精確 偵測物體角度改變的能力，陀螺儀可以偵測物體水平改變的狀態，但無法計 算物體移動的激烈程度。
• 用簡單的例子就是Eee Stick 體感遙控器,這是一個類似 Wii 遊戲的遙控捍 ， 例如玩平衡木遊戲，當搖桿向前傾斜時，陀螺儀用來計算搖桿傾斜的角度， 三軸加速度計可以偵測搖桿晃動的劇烈程度以及搖桿是否持續朝斜下方。
MEMS陀螺儀工作原理
• MEMS陀螺儀依賴於由相互正交的振動和轉動引起的交變 科氏力。振動物體被柔軟的彈性結構懸掛在基底之上。整 體動力學系統是二維彈性阻尼系統，在這個系統中振動和 轉動誘導的科氏力把正比於角速度的能量轉移到傳感模式。
Hale Waihona Puke 影響MEMS信號輸出因素• 透過改進設計和靜電調試使得驅動和傳感的共振頻率一致，以實現最大可能 的能量轉移，從而獲得最大靈敏度。大多數MEMS陀螺儀驅動和傳感模式完 全匹配或接近匹配，它對系統的振動參數變化極其敏感，而這些系統參數會 改變振動的固有頻率，因此需要一個好的控制架構來做修正。如果需要高的 品質因子（Q），驅動和感應的頻寬必須很窄。增加1%的頻寬可能降低20%的 信號輸出。(圖 a） 還有阻尼大小也會影響信號輸出。（圖 b）
基于MEMS技术的加速度传感器设计与制造
基于MEMS技术的加速度传感器设计与制造加速度传感器是一种能够测量物体加速度的微型传感器。
它被广泛应用于各种领域，如汽车安全系统、虚拟现实设备、运动跟踪设备等。
基于微机电系统（MEMS）技术的加速度传感器具有体积小、能耗低、成本低以及集成度高等优势。
本文将重点讨论基于MEMS技术的加速度传感器的设计与制造。
一、设计阶段在设计基于MEMS技术的加速度传感器之前，需要明确传感器的工作原理和性能指标。
加速度传感器通过测量微小质量在加速度作用下产生的惯性力来测量加速度。
在设计之初，需要明确量程、精度、频率响应等性能指标，以满足特定应用的需求。
1. 惯性力测量原理基于MEMS技术的加速度传感器利用微型质量与惯性力的相互作用关系进行测量。
一般来说，传感器中的微型质量会受到加速度作用下的惯性力，导致压电材料产生压电效应，通过对压电材料的检测，可以得到加速度的测量结果。
2. 量程和精度量程表示传感器能够测量的最大加速度范围。
在选择量程时，需要考虑传感器受力范围。
过大的量程可能导致传感器饱和，而过小的量程则无法满足需求。
精度表示传感器的测量误差，是评估传感器性能的重要指标。
在设计过程中，需要选择合适的压电材料、结构和电路，以提高传感器的精度。
3. 频率响应频率响应是指传感器对于输入信号频率的响应程度。
频率响应决定了传感器在不同频率下的工作性能。
在设计中，需要对传感器的机械结构和电路进行优化，以提高其频率响应。
二、制造阶段在设计完成后，就需要进行基于MEMS技术的加速度传感器的制造。
制造过程中需要关注材料选择、加工工艺和封装方式等因素。
1. 材料选择制造加速度传感器所需的材料应具备良好的力学性能和电学性能。
常用的材料包括硅、玻璃、金属等。
硅是MEMS制造中最常用的材料，具有良好的耐温性能和加工性能。
2. 加工工艺加速度传感器的制造通常采用微电子加工工艺，包括光刻、薄膜沉积、离子刻蚀等步骤。
通过光刻技术，在硅片上制作出加速度传感器的微结构。
MEMS_IMU_GPS组合导航系统的实现
第5期
祝燕华等：MEMS-IMU/GPS 组合导航系统的实现
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究具有一定温度自适应性的误差标定方法具有工程意义。
下面采用递推最小二乘自适应（ARLS）速率标定算法进行 MEMS 陀螺组件的误差标定。
综合考虑 MEMS 陀螺的零偏、安装误差和标度因数误差，则三轴 MEMS 陀螺组件的实际量测输出表示为：
MEMS 陀螺组件
MEMS 加计组件
ωb ib
—
误差
补偿 +
野值
解算捷联 姿态矩阵
剔除 f b
Cbn
fn
求解
比力方程
X
X
—
估计横滚角
和俯仰角
卡尔曼滤波器
计算 指令角速率
导航解算
— —
ωn ie
venn
速度位置输出 姿态航向输出
GPS 速度和位置
GPS 航迹角
图 1 MEMS-IMU/GPS 组合导航系统的工作原理 Fig.1 Operating principle of MEMS-IMU/GPS integrated navigation system
Wm = (I + KG )(I + θG )W + BG ≈ (I + KG + θG )W + BG
（1）
⎡0
其中， BG 为零偏矩阵， BG
= [Bgx
Bgy
Bgz ]T ； θG
为安装误差矩阵， θG
=
⎢ ⎢
−θ
gyz
⎢⎣ θgzy
差矩阵， KG = diag[Kgx Kgy Kgz ] 。式（1）可以列写为：
MEMS-IMU/GPS 组合的卡尔曼滤波器，利用加速度计倾角传感器原理估计载体的水平姿态，增强了姿态信息的
基于MEMS技术的微型惯性导航系统的发展现状
基于MEMS技术的微型惯性导航系统的发展现状一、本文概述随着微纳技术的快速发展，微型惯性导航系统（Micro-Inertial Navigation System, MINS）以其体积小、重量轻、功耗低等优点，在航空航天、无人驾驶、机器人导航、个人定位等众多领域展现出广阔的应用前景。
其中，基于微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS）技术的微型惯性导航系统因其实用性和成本效益，成为了当前研究的热点。
本文旨在全面概述基于MEMS技术的微型惯性导航系统的发展现状，包括其基本原理、关键技术、应用领域以及面临的挑战。
我们将简要介绍惯性导航系统的基本原理和MEMS技术的基本概念。
然后，重点分析当前MEMS微型惯性导航系统的关键技术，如微型化设计、误差补偿与校准、数据处理算法等。
接着，探讨该技术在航空航天、无人驾驶、个人定位等领域的应用现状。
我们将讨论当前微型惯性导航系统面临的挑战，如误差累积、环境适应性等问题，并展望未来的发展趋势。
通过本文的阐述，希望能够为相关领域的研究人员和技术人员提供有价值的参考，推动基于MEMS技术的微型惯性导航系统的发展和应用。
二、MEMS技术在微型惯性导航系统中的应用微型惯性导航系统（Micro-Inertial Navigation System, MINS）结合了微型机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS）技术与惯性导航原理，实现了导航系统的微型化、低功耗和高度集成化。
随着MEMS技术的快速发展，MINS在军事、航空、航天、无人驾驶以及消费电子等领域的应用越来越广泛。
MEMS加速度计和陀螺仪是MINS的核心部件，用于测量载体在三维空间中的加速度和角速度。
通过精确的测量和数据处理，它们为导航系统提供必要的导航参数。
与传统的惯性器件相比，MEMS加速度计和陀螺仪具有体积小、重量轻、功耗低和成本低的优点，非常适合用于构建微型化的惯性导航系统。
MEMS加速度计(accelerometer)与陀螺仪的(gyroscope)原理介绍
MEMS加速度計
• 加速度計是一種慣性傳感器，主要功用為測量物 體速度變化率，一般經常被用來測量距離及衝擊 力。
• 在微機電(MEMS)技術製造的加速度計，使尺寸 大大縮小，故具有體積小、重量輕、可靠度高、 低功率等優點。
• 目前最廣泛的應用在車用電子領域(high g & low g)，近年來已有趨勢大量朝著Game 和手機的應 用。
• 陀螺儀又名角速度計，利用內部振動機械結構感測物體轉動所產生角速度， 進而計算出物體移動的角度。
• 兩者看起來很接近，不過加速度計只能偵測物體的移動行為，並不具備精確 偵測物體角度改變的能力，陀螺儀可以偵測物體水平改變的狀態，但無法計 算物體移動的激烈程度。
• 用簡單的例子就是Eee Stick 體感遙控器,這是一個類似 Wii 遊戲的遙控捍 ， 例如玩平衡木遊戲，當搖桿向前傾斜時，陀螺儀用來計算搖桿傾斜的角度， 三軸加速度計可以偵測搖桿晃動的劇烈程度以及搖桿是否持續朝斜下方。
基本ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ用原理
• v = ω ×r • ω=2π/T • ω=n ×2π • a=v^2/r
=w^2 ×r =ω ×v ×r • F=ma
線速度=角速度×半徑 角速度=圓周/周期 角速度=轉速×圓周率 向心加速度=線速度平方/半徑
=角速度平方×半徑 =角速度×線速度×半徑 向心力=質量×向心加速度
MEMS陀螺儀結構
基本應用原理
• F：物體所受合外力 • m：物體質量 • a：物體的加速度
• k：物質的彈性係數 • x：位移量
• C：電容量 • ε：介電常數 • A：極板截面積 • d：板間距離
MEMS加速度計原理
物體的加速度=物質的彈性係數X位移量/物體質量
MEMS加速度计的原理和运用
MEMS加速度计的原理和运用MEMS加速度计（Micro-Electro-Mechanical Systems Accelerometer）是一种基于微机电系统技术的加速度传感器。
它可测量物体在三个坐标轴上的加速度，并广泛应用于许多领域，如智能手机、运动追踪、汽车安全系统等。
本文将详细介绍MEMS加速度计的原理和运用。
一、MEMS加速度计原理静态感应器通常由一个固定不动的基板、附着在基板上的引力传感器，以及一个用于测量引力传感器偏转的电容器或压阻器组成。
在无外力作用时，引力传感器受到引力的作用，不会发生偏转。
移动感应器通常由一个能够相对于基板移动的质量块和一个弹簧组成。
当物体在一些方向上加速时，质量块由于惯性而相对于基板发生位移，这一位移会引起弹簧产生恢复力。
通过测量恢复力的大小，可以确定加速度的大小。
MEMS加速度计一般采用压电效应或电容效应来实现测量。
在压电效应中，当质量块位移时，压电材料会产生电荷。
而在电容效应中，质量块的位移会改变电容器的电容值。
通过测量电荷或电容的改变，可以确定加速度的大小。
二、MEMS加速度计的运用1.智能手机和移动设备MEMS加速度计广泛应用于智能手机和移动设备中。
它可以检测手机的姿态、方向和动作。
例如，当手机倾斜时，加速度计可以检测到这一变化，并通过软件算法实现屏幕自动旋转功能。
此外，加速度计还用于运动游戏和步数计数等应用。
2.运动追踪3.汽车安全系统4.工业应用5.医疗设备6.飞行器和航天器总结：MEMS加速度计基于质量的惯性效应实现加速度测量，通常采用压电效应或电容效应来实现。
它在智能手机、运动追踪、汽车安全系统、工业应用、医疗设备和航天领域等方面都有广泛的应用。
随着技术的不断进步和成本的降低，MEMS加速度计的应用将更加普及和多样化。
mems惯导精度
mems惯导精度以mems惯导精度为标题，本文将介绍mems惯导精度的概念、应用以及提高精度的方法。
mems惯导精度是指微电子机械系统（MEMS）惯性导航系统的精度，它是导航系统中评估其测量结果与真实值之间的差异的指标。
MEMS惯导系统常用于航空航天、自动驾驶、无人机等领域，因此提高其精度对于确保导航系统的准确性和可靠性至关重要。
惯导系统是一种通过测量加速度和角速度来估计位置、速度和姿态的导航系统。
MEMS惯导系统采用微型传感器和微型加速度计来测量物体的加速度和角速度，通过积分这些测量值可以得到位置、速度和姿态信息。
然而，由于传感器的不完美性和外部环境的干扰，MEMS惯导系统的测量结果往往存在一定的误差，因此需要评估和提高其精度。
要提高MEMS惯导系统的精度，关键是减小传感器的误差。
传感器误差包括随机误差和系统误差。
随机误差是指传感器输出值的波动，可以通过采集多次数据并进行平均来减小。
系统误差是指传感器输出值与真实值之间的偏差，可以通过校准和补偿来减小。
校准是指通过对传感器进行精确的标定，确定其误差模型，并根据模型进行误差补偿。
要提高MEMS惯导系统的精度，可以采用多传感器融合的方法。
多传感器融合是指将多个传感器的测量结果进行组合，从而得到更准确的导航信息。
常见的多传感器融合方法包括卡尔曼滤波器和粒子滤波器。
卡尔曼滤波器是一种基于状态估计的方法，能够根据传感器的测量值和系统动力学模型来估计状态的最优值。
粒子滤波器是一种基于蒙特卡洛采样的方法，通过随机采样和权重更新来估计状态的后验分布。
还可以采用外部辅助信息来提高MEMS惯导系统的精度。
外部辅助信息可以包括地图数据、GPS定位信息、视觉信息等。
通过将这些信息与传感器测量值进行融合，可以提高导航系统的精度和鲁棒性。
例如，在自动驾驶中，可以利用地图和GPS定位信息来校正MEMS惯导系统的误差，从而提高导航的准确性。
在实际应用中，还需要考虑MEMS惯导系统的工作环境和使用要求。
sigma40惯导系统参数
sigma40惯导系统参数
Sigma40是一款先进的惯性导航系统，具有高精度、高稳定性和高可靠性。
以下是Sigma40惯导系统的一些参数：
1. 定位精度：Sigma40惯导系统的定位精度为±3米，可用于室内和室外的导航应用。
2. 加速度计和陀螺仪：Sigma40惯导系统采用了高精度的MEMS加速度计和陀螺仪，能够提供高精度的运动检测和姿态测量。
3. 电源：Sigma40惯导系统的电源为3.7伏锂离子电池，可以连续工作8小时以上。
4. 尺寸和重量：Sigma40惯导系统的尺寸为110毫米×70毫米×25毫米，重量为150克。
5. 通信接口：Sigma40惯导系统支持多种通信接口，包括UART、I2C、SPI等。
6. 工作温度范围：Sigma40惯导系统的工作温度范围为-40℃至+85℃。
7. 校准：Sigma40惯导系统支持在线和离线校准，可以通过软件进行校准和参数配置。
8. 数据格式：Sigma40惯导系统支持多种数据格式，包括NMEA、BDSI、RTK等。
总之，Sigma40惯导系统是一款高精度、高稳定性和高可靠性的惯性导航系统，适用于各种导航和运动检测应用。
基于MEMS的捷联式惯导的初始对准研究的开题报告
基于MEMS的捷联式惯导的初始对准研究的开题报告一、课题名称:基于MEMS的捷联式惯导的初始对准研究二、课题背景:捷联式惯性导航系统（INS）是一种能够确定飞行器位置、姿态和速度等参数的关键技术。
INS通常由陀螺仪和加速度计组成，通过测量飞行器在空间中的旋转和加速度来估计其位置和姿态。
传统的INS采用了机械式陀螺仪和加速度计，具有高精度和可靠性，但是成本昂贵且体积庞大。
近年来，基于MEMS技术的惯性传感器因其小型化、低成本和低功耗等优点而越来越受到关注。
因此，开发基于MEMS的捷联式INS在轻型飞行器中的应用具有重要意义。
初始对准是INS的一个重要过程，是使INS能够在没有先验信息的情况下确定其位置、速度和姿态的过程。
在初始对准中，通常需要使用地面测量设备或GPS等辅助手段来提供先验信息。
但是，在某些环境下，这些手段可能无法使用或精度不够高。
因此，开发无需外部辅助手段的初始对准算法，对于实现高精度的INS非常重要。
三、研究内容:本课题旨在研究基于MEMS技术的捷联式INS的初始对准问题，具体内容包括：1. 设计基于MEMS技术的捷联式INS硬件平台，包括陀螺仪、加速度计和数据采集系统等组件。
2. 提出基于MEMS技术的捷联式INS的初始对准算法，包括零偏校正、初始校正和姿态校正等环节。
3. 搭建实验平台，进行基于MEMS的捷联式INS初始对准算法的验证和实现。
四、研究意义:本课题的主要意义在于：1. 开发基于MEMS技术的捷联式INS对轻型飞行器进行导航和定位。
2. 通过研究基于MEMS的捷联式INS初始对准算法，降低INS对外部辅助手段的依赖，提高其精度和可靠性。
3. 探索MEMS技术在惯性导航领域的应用，促进相关技术的发展和应用。
五、研究方法和技术路线:本课题的研究方法和技术路线包括：1. 理论分析：通过分析MEMS技术的优点和缺点，结合已有的初始对准算法，提出基于MEMS技术的初始对准算法。
mems加速度计原理
mems加速度计原理
MEMS加速度计是一种利用微电子机械系统技术制造的加速
度传感器。
它采用微小的质量偏转来测量物体的加速度。
MEMS加速度计的原理基于牛顿第二定律，即力等于质量乘
以加速度。
它包括一个微小的质量块，在加速度作用下会偏转。
具体原理如下：
1. 弹性梁原理：MEMS加速度计的核心部件是微小的弹簧梁
结构。
当加速度作用于传感器时，其内部的弹簧梁会受到力的作用而发生形变。
通过测量形变量的变化，可以计算出加速度大小。
2. 微机电系统技术：MEMS加速度计通过微电子加工工艺制
造出微小的机械结构，这些结构可以识别并测量加速度。
常见的结构包括悬臂梁、微型质量块等。
当加速度发生改变时，这些微小结构会产生微小位移，通过测量位移的变化，可以得到加速度的值。
3. 电容变化原理：MEMS加速度计中的微小结构内部设置了
电容，当加速度发生变化时，结构的位移会导致电容发生改变。
通过测量电容的变化，可以得到加速度的值。
总之，MEMS加速度计利用微小结构的位移或形变来测量加
速度，具有体积小、功耗低和响应速度快等优势，广泛应用于移动设备、汽车电子系统和航空航天等领域。
不同惯导系统零速检测算法的性能分析
不同惯导系统零速检测算法的性能分析石波;李耀宗;程敏;杨伟彬【摘要】分别使用四种零速检测算法,检验了不同精度两种惯性导航系统的检测性能,通过绘制载体速度时间图像、检测的零速折线图以及检测统计量变化曲线图,分析了车载实验下不同惯导系统相同零速检测算法之间、不同零速检测算法相同惯导系统之间各曲线变化.结果表明,相同的零速检测算法对性能较好的惯导系统检测的零速时段精度更高;而对于相同的惯导系统使用不同的零速检测算法,通过对比广义似然比检测结果和角速度量测能量检测结果发现,零速检测过程中提供最可靠信息的是陀螺信号.【期刊名称】《山东科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(035)002【总页数】7页(P57-63)【关键词】惯性导航系统;阈值;Neyman-Pearson准则;零速检测;零速折线图【作者】石波;李耀宗;程敏;杨伟彬【作者单位】山东科技大学测绘科学与工程学院,山东青岛266590;山东科技大学测绘科学与工程学院,山东青岛266590;山东科技大学测绘科学与工程学院,山东青岛266590;山东科技大学测绘科学与工程学院,山东青岛266590【正文语种】中文【中图分类】V249.322惯性导航是根据惯性传感器(陀螺仪、加速度计)提供的载体相对于惯性空间的线速度和角速度信息，来确定运载体位置的过程[1]。
不同于其他类型的导航系统，惯性导航系统是一个完全自主的，不依赖于任何外部信息的系统，具有隐蔽性好、精度高、全天候作业、不易被电子干扰的优点，但同时也具有一些弊端，最明显的就是导航误差随时间积累问题，因而长时间工作后会产生不同程度的积累误差，此误差可以通过与一个或多个辅助传感器组合来使它达到有界，提高系统性能。
相对来讲，零速修正技术(zero velocity update，ZUPT)是进行误差控制的一种简单而且有效的手段[2]，是利用载体停止时惯性导航系统的速度输出作为系统速度误差的观测量，进而对其他各项误差进行修正。
MEMS加速度计的原理及运用
MEMS加速度计的原理及运用目录1.MEMS加速度计基本原理分析1.1 MEMS简介1.2微加速度计的类型1.3 差分电容式加速度计的结构模型及其工作原理1.4 MEMS微加速度计的制造工艺1.5 MEMS微加速度计主要性能指标的设计和控制1.6 MEMS加速度计的其它结构1.7 各厂商MEMS加速芯片参数对比1.8 线性度1.9灵敏度与功耗2．MEMS加速度计国内外现状3．微加速度计的发展趋势4．MEMS加速度计应用前景分析5．用MEMS加速度计测量加速度、角度1.1MEMS简介随着MEMS技术的发展，惯性传感器件在过去的几年中成为最成功，应用最广泛的微机电系统器件之一，而微加速度计（microaccelerometer）就是惯性传感器件的杰出代表。
微加速度计的理论基础就是牛顿第二定律，根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。
如果初速度已知，就可以通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移。
结合陀螺仪（用来测角速度），就可以对物体进行精确定位。
根据这一原理，人们很早就利用加速度计和陀螺进行轮船，飞机和航天器的导航，近年来，人们又把这项技术用于汽车的自动驾驶和导弹的制导。
汽车工业的迅速发展又给加速度计找到了新的应用领域，汽车的防撞气囊（Air Bag）就是利用加速度计来控制的。
作为最成熟的惯性传感器应用，现在的MEMS加速度计有非常高的集成度，即传感系统与接口线路集成在一个芯片上。
本文将就微加速度计进行初步设计，并对其进行理论分析。
1.2 微加速度计的类型1.2.1 压阻式微加速度计压阻式微加速度计是由悬臂梁和质量块以及布置在梁上的压阻组成，横梁和质量块常为硅材料。
当悬臂梁发生变形时，其固定端一侧变形量最大，故压阻薄膜材料就被布置在悬臂梁固定端一侧（如图1所示）。
当有加速度输入时，悬臂梁在质量块受到的惯性力牵引下发生变形，导致固连的压阻膜也随之发生变形，其电阻值就会由于压阻效应而发生变化，导致压阻两端的检测电压值发生变化，从而可以通过确定的数学模型推导出输入加速度与输出电压值的关系。
基于MEMS技术的微型惯性导航系统的发展现状
第12卷第6期中国惯性技术学报 2004年12月·综述与评论·文章编号：1005-6734(2004)06-0088-07基于MEMS技术的微型惯性导航系统的发展现状李荣冰，刘建业，曾庆化，华冰(南京航空航天大学导航研究中心，南京 210016)摘要：根据美国DARPA(the Defense Advanced Research Projects Agency)资助项目的概况，介绍了微电子机械系统（MEMS）惯性传感器领域的新进展，对DARPA的特别项目MEMS-INS （Inertial Navigation System）的进展状况进行了说明。
详细描述了惯性技术、导航技术领域内前沿研究机构研究MEMS INS的路线，总结了微型导航技术系统算法的研究现状。
最后，对MEMS INS的发展进行展望，指出MEMS INS的发展方向。
过去的发展趋势表明：微型惯性技术将向芯片级的超小型MEMS IMU（Inertial Measurement Unit）和MEMS INS以及组合导航的发展方向。
关 键 词：惯性技术；微型惯性导航系统；微电子机械系统；发展现状中图分类号：U666.1 文献标识码：AEvolution of MEMS Based Micro Inertial Navigation SystemsLI Rong-bing, LIU Jian-ye, ZENG Qing-hua, HUA Bing（Navigation Research Center, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 21016, China）Abstract: The evolution of MEMS inertial sensors is introduced according to projects sponsored by DARPA of United States. The outline of MEMS INS program activated by DARPA SPO（Special Projects Office）is presented. This paper also details the MEMS INS technology roadmaps of some leaders in the field of inertial technology and navigation technology and summarizes the studies on micro INS algorithms. At the end, the future of MEMS INS is identified. The foregone development shows that micro inertial technology will be in the way of developing chip-sized MEMS IMU, MEMS INS and MEMS INS based integrated navigation systems.Key words: inertial technology; micro-inertial navigation system; MEMS; evolution1 引 言众所周知，惯性导航系统以其独特的优点，在航空、航天和航海等领域得到了广泛的应用，惯性技术的发展水平直接影响一个国家武器装备现代化的程度。
mems惯导原理 -回复
mems惯导原理-回复【惯导原理】导语：惯性导航系统（Inertial Navigation System，简称INS）是一种基于惯性原理的导航系统，它可以独立于外部参考系进行导航定位，为飞行器、舰艇等提供高精度的导航信息。
本文将详细介绍INS的原理、应用以及未来发展。
一、惯导原理的基础1.1 什么是惯性导航？惯性导航是利用物体在空间中的惯性运动特性来进行定位和导航的方法。
它不依赖于外部参考系，通过测量物体在惯性坐标系中的加速度和角速度等参数，从而实现定位导航。
1.2 惯性导航系统的组成惯性导航系统由加速度计和陀螺仪两种测量元件组成。
加速度计测量物体的加速度，而陀螺仪测量物体的角速度。
二、惯导原理的工作原理2.1 加速度计的工作原理加速度计利用压电效应、气浮测量等原理来感知物体的加速度。
它通过测量加速度产生的惯性力或感知质量的改变，来获得物体在空间中的加速度信息。
2.2 陀螺仪的工作原理陀螺仪利用刚体角动量守恒原理来感知物体的角速度。
它通过测量角速度引起的旋转力矩或感知转动惯量的改变，来获得物体在空间中的角速度信息。
2.3 惯导原理的数据处理惯导系统将加速度计和陀螺仪测量得到的数据经过滤波、积分等处理，得到物体的位姿、速度和加速度等导航参数。
这些参数可以用于推算出物体的位置、方向和速度等导航信息。
三、惯导原理的应用领域3.1 航空航天领域在航空航天领域，惯性导航系统被广泛应用于飞行器的导航定位。
它可以实时提供高精度的姿态、速度和位置参数，为飞行员提供可靠的导航信息，提高飞行器的导航精度和安全性。
3.2 船舶领域在船舶领域，惯导系统可以通过监测和计算船舶的位置、航向和速度等参数，实现自主导航和航迹维持功能。
它不受海洋环境的限制，对海上航行的安全性和效率提升具有重要意义。
3.3 汽车领域在汽车领域，惯导系统可以实时监测和计算车辆的位置、姿态和速度等参数，为自动驾驶、智能交通等技术提供关键信息。
它能够提高驾驶安全性、减少交通事故，并改善交通拥堵问题。
mems惯导原理
mems惯导原理
摘要：
1.MEMS 惯导简介
2.MEMS 惯导原理
3.MEMS 惯导的应用
4.MEMS 惯导的发展前景
正文：
【MEMS 惯导简介】
MEMS（Micro Electro Mechanical Systems，微电子机械系统）惯导，即微电子机械系统惯性导航，是一种利用微电子技术制作的惯性导航系统。
MEMS 惯导主要由微机械结构和微电子器件组成，具有体积小、质量轻、功耗低、精度高等特点，被广泛应用于航空、航天、军事、汽车等领域。
【MEMS 惯导原理】
MEMS 惯导原理主要基于牛顿运动定律，通过测量载体在三个正交方向上的角速度和线加速度，来计算载体的姿态和位置信息。
具体来说，MEMS 惯导通过微机械结构（如陀螺仪和加速度计）来感知载体的运动状态，并将这些信息转换为数字信号，然后通过微电子器件进行数据处理和导航计算。
【MEMS 惯导的应用】
MEMS 惯导在多个领域具有广泛的应用前景，如：
1.航空航天：MEMS 惯导可应用于火箭、卫星、宇宙飞船等载体，提供精确的姿态和位置信息，以确保航行安全和任务顺利完成。
2.军事领域：MEMS 惯导在军事领域也有广泛应用，如制导武器、无人飞行器等，提高打击精度和作战效能。
3.汽车行业：MEMS 惯导可应用于高级驾驶辅助系统（ADAS），提高汽车的行驶安全性和舒适性。
4.消费电子：MEMS 惯导在智能手机、手表等消费电子产品中也有广泛应用，如计步功能、运动轨迹记录等。
【MEMS 惯导的发展前景】
随着微电子技术的不断发展和应用需求的日益增长，MEMS 惯导在精度、可靠性、功耗等方面还将取得更大突破。
基于MEMS技术的陀螺仪设计及其性能优化研究
基于MEMS技术的陀螺仪设计及其性能优化研究MEMS，即微机电系统，是一种集微电子、光学、机械、热学、生物和化学等学科于一体的微小结构。
它具有小巧精致、可集成化、多功能性、低成本等优点，逐渐成为各个领域的研究热点之一。
其中，MEMS陀螺仪通过精密和超微观的工作原理，可以实现对物体的姿态变化等信息的测量，因此在导航、航空航天、车辆控制、医疗设备和工业自动化等领域有着重要的应用。
一、MEMS陀螺仪的基本原理MEMS陀螺仪的基本原理是通过利用微机电技术，制造微小结构的振动元件或超微观的结构平台，并采用压电效应或微机电自感应等方法，将微小的转动或振动信号转化为电信号输出。
其最基本的工作原理可以分为两种类型：一种是基于角位移的MEMS陀螺仪，另一种是基于角速度的MEMS陀螺仪。
对于基于角位移的MEMS陀螺仪，其主要原理是通过惯性力矩的作用，实现对物体的角位移进行测量。
由于MEMS陀螺仪的结构特殊，可以实现微小的角度位移的检测。
其具体实现方式是利用位移传感器检测陀螺仪自身的角度变化，然后将检测到的微小信号放大并进行解算，得到准确的角度变化值。
而基于角速度的MEMS陀螺仪，则通过测量物体的角速度进行相应的测量。
其工作原理是利用光学或机械传感器等装置，将物体的旋转速度转化为绕着某个轴的力矩，然后将这个力矩转化为一个输出电压。
由于MEMS陀螺仪的响应速度特快，可以实时测量出物体的角速度，并通过数字电路或计算机进行数据处理，以获得更加准确的测量结果。
二、MEMS陀螺仪的设计方案根据MEMS陀螺仪的工作原理，其最基本的设计框架包括振动系统、传感器和数据处理系统三个部分。
对于振动系统，其关键在于采用高精密的微机电制造工艺，设计出具有高精度和高稳定性的振动元件或结构平台。
而对于传感器，需要采用高灵敏度、高精度的传感器，如压电传感器、光学传感器、力传感器、磁传感器等，以实现对物体微小姿态的精确检测。
而在数据处理系统方面，则需要利用数字电路、计算机、微控制器等设备，对从陀螺仪传感器获取到的数据进行采集、处理和分析。
mems惯导原理
mems惯导原理摘要：一、MEMS惯导原理简介二、MEMS惯性传感器的工作原理1.加速度计2.陀螺仪三、MEMS惯导系统的应用1.航空航天领域2.汽车行业3.智能手机4.军事领域四、MEMS惯导技术的发展趋势1.微陀螺仪的研究2.高精度加速度计的开发3.智能化与集成化正文：MEMS（微电子机械系统）惯导原理及其在各领域的应用日益受到人们的关注。
MEMS惯导技术作为一种关键技术，为航空、汽车、智能手机等产业提供了精确的导航和定位功能。
一、MEMS惯导原理简介MEMS惯导原理主要基于角动量守恒定律和牛顿运动定律。
在MEMS惯性传感器中，通过测量质量块受到的惯性力，可以得到物体的加速度和角速度。
二、MEMS惯性传感器的工作原理1.加速度计：MEMS加速度计利用惯性原理，将角动量守恒应用于微小的质量块上。
在加速度计中，质量块与弹性结构连接，当受到惯性力时，弹性结构产生形变，通过测量形变量，可以得到物体的加速度。
2.陀螺仪：MEMS陀螺仪的工作原理基于斯特林定律。
陀螺仪由一个固定的支撑结构和一支旋转的转子组成。
转子在外部磁场作用下旋转，通过测量转子的角速度，可以得到物体的角加速度。
三、MEMS惯导系统的应用1.航空航天领域：MEMS惯导系统在航空航天领域具有广泛应用，如飞行器的导航、姿态控制和着陆系统等。
2.汽车行业：MEMS惯导系统在汽车行业中主要用于防抱死制动系统（ABS）、电子稳定程序（ESP）和导航系统等。
3.智能手机：MEMS惯导系统在智能手机中发挥着重要作用，如加速度计用于检测用户的行为（如晃动、摔落等），陀螺仪用于实现流畅的触摸屏操作等。
4.军事领域：MEMS惯导系统在军事领域具有广泛的应用，如导航定位、战术级惯性测量单元（IMU）和头盔显示器等。
四、MEMS惯导技术的发展趋势1.微陀螺仪的研究：随着技术的进步，微陀螺仪在精度和灵敏度方面取得了显著的提升，未来将继续研究更高精度的微陀螺仪。
2.高精度加速度计的开发：为了满足各种应用场景的需求，研究人员将继续开发高精度、低噪声的MEMS加速度计。
芯片级MEMS技术在惯性导航中的应用研究
芯片级MEMS技术在惯性导航中的应用研究惯性导航是指利用物体本身的惯性来感知运动状态和方向的一种导航方式，它适用于GPS不良或者不可用的环境下。
而MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）芯片级微机电系统技术已经在惯性导航中得到广泛应用，其小巧、精度高、功耗低等优势使得它成为了新一代惯性导航的重要组成部分。
一、MEMS技术及其芯片级应用MEMS技术是一种将微机电系统集成在单片半导体芯片上的技术，具有体积小、重量轻、功耗低、成本低等优点。
目前，MEMS技术已应用于众多领域，如卫星通信、汽车安全控制、医疗器械等。
其中，MEMS芯片级应用在惯性导航中具有重要作用。
二、MEMS技术在惯性导航中的应用MEMS技术在惯性导航中的应用主要有三个方面：陀螺仪、加速度计和磁力计。
1. 陀螺仪陀螺仪是一种用于测量转动角速度或角位移的设备，通过测量角速度实现对姿态角的计算。
传统的陀螺仪体积大、重量重、功耗大且价格昂贵，而MEMS陀螺仪则由于其小巧、精度高等优点，在惯性导航领域中得到了广泛应用。
MEMS陀螺仪的主要制作工艺是利用光刻技术制作出微机电系统的光刻型陀螺仪结构，通过微加工制作出全部光学元件，使得陀螺仪具有小体积、低功耗、高精度的特点。
2. 加速度计传统的加速度计主要是基于质量弹簧体系的弹簧式加速度计，其体积较大，价格昂贵，而MEMS加速度计使用机电耦合原理设计而成，其体积小、精度高、低功耗等特点，使其在惯性导航领域中得到了广泛应用。
MEMS加速度计通过测量物体的加速度，从而精确地计算物体的速度和位置。
3. 磁力计磁力计主要用于测量磁场的强度和方向，由于MEMS磁力计具有精度高、体积小和价格低的优势，成为一种非常具有发展前景的技术。
在惯性导航领域中，磁力计主要用于记录飞行器的方向，结合陀螺仪和加速度计数据进行姿态解算。
三、MEMS技术在惯性导航中的应用案例1. 航空导航MEMS技术在航空导航中具有重要作用，主要应用于小型飞机和无人机。
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Gyro free inertial navigation system based on MEMS accelerometer
YUE Peng 1, SHI Zhen 1 , WANG Jian2, YANG Jie 1 (1. College of Automation, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China; 2. Tianjin Navigation Instrument Research Institute, Tianjin 300131, China)
表 1 加速度计配置方案与角速度解算方法 Tab.1 Accelerometer configuration solution and method with angular velocity 六加速度 计配置 获得 信息 角速 度解 算法 九加速度 计配置 十二加速度 计配置
， 最新
的隧道电流式 MEMS 加速度计精度更是可以达到 1×
0.15
Oi
0.1 error of angular velocity(rad/s)
Xe
0.05
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图1
坐标系间矢量图
Fig.1 The sketch map of relationship between frames
0
可见：
R′ = R + L
-0.05
（1）
-0.1
由哥氏定理，对 L 求二阶导为：
I = ω ib × L + ωib × (ωib × L) L
-0.15
（2） （3）
-0.2
积分法 开方法 微分法 0 10 20 30 40 50 time(s) 60 70 80 90 100
代入，为：
ib × L + ωib × (ωib × L) f i + G i = Ai + G i + ω
（1. 哈尔滨工程大学 自动化学院，哈尔滨 150001； 2. 天津航海仪器研究所，天津 300131） 摘要： 由于 MEMS 陀螺精度低、 漂移大， 使得 MEMS 陀螺和加速度计构成的微惯性导航系统 （Micro-INS） 的精度很低，导航定位误差发散很快，不能满足载体进行导航定位定姿的要求。而相对 MEMS 陀螺， MEMS 加速度计精度较高， 据此提出用 MEMS 加速度计来构成的无陀螺微惯性导航系统 （Gyro Free Micro Inertial Navigation System ，GFMINS） ，即通过将高精度的 MEMS 加速度计安放在载体非质心处， 代替陀螺来测量载体角运动信息，实现在短时间内的载体角速度测量精度优于 MEMS 陀螺的精度，以 满足某些短时间运行载体的导航定位定姿要求。最后，针对某型火箭弹的运动模型，对两种惯导系统 进行了仿真，结果表明，由误差补偿后 MEMS 加速度计构成的无陀螺微惯导系统，在 100 s 内的导航 误差等效于传统惯导系统中陀螺漂移 0.1(°)/h 的误差。 关 键 词：MEMS；惯导系统；加速度计；无陀螺惯导系统；误差补偿 文献标志码：A 中图分类号：U666.1
中国惯性技术学报
第 19 卷
精度的同时，还降低了惯导系统的成本，减小了重量 和占用的弹上空间，而且加速度计均安放在弹体坐标 轴上，加速度计输入敏感轴方向均沿弹体系轴向，对 于无陀螺惯导系统的工程实现是非常方便的。 2.2 六加速度计配置方案的解算 设各加速度计距离质心的距离均为 l ，则有各加 速度计输出为
（5）
载体质心处的比力和角加速度为
1 ⎧ ⎪ AX = 2 ( f3 + f 4 ) ⎪ 1 ⎪ ⎨ AY = ( f5 + f 6 ) 2 ⎪ 1 ⎪ ⎪ AZ = 2 ( f1 + f 2 ) ⎩ 1 1 ⎧ ⎪ω X = 2 ⋅ l ( f 6 − f 5 ) + l (ωY ⋅ ωZ ) ⎪ 1 1 ⎪ Y = ( f 2 − f1 ) + (ω X ⋅ ωZ ) ⎨ω l 2⋅l ⎪ ⎪ 1 1 Z = ( f 4 − f3 ) + (ω X ⋅ ωY ) ⎪ω ⋅ l l 2 ⎩
Abstract: Due to low precision and large drift of MEMS gyro, the navigation precision of micro inertial navigation system equipped with MEMS gyro and accelerometers is very low and its position error and attitude error could diverge quickly, so the vehicle’s navigation requirement on position and attitude determination could not met. While the precision of MEMS accelerometer is higher than that of MEMS gyro, a gyro free inertial navigation system (GFINS) only with the MEMS accelerometer is proposed to replace the MINS system for some short time moving vehicle. The MEMS accelerometer with high accuracy will be placed at the non center of mass in this GFINS to measure angular motion information instead of MEMS gyro. Finally, two inertial navigation systems are simulated to track a trajectory of a short-term moving vehicle. The simulation results show that, after the error compensation, the navigation error in 100 s for the GFSINS constituted by MEMS accelerometers is equivalent to that of the traditional gyro-INS error when caused by gyro drift of 0.1 (°) / h. Key words: MEMS; inertial navigation system; accelerometer; gyro free inertial navigation system; error compensation 惯性导航系统（Inertial Navigation System，INS） 以其自主式、全天候、信息全、频率高等优点，在航
第 19 卷第 2 期 2011 年 4 月 文章编号：1005-6734(2011)02-0152-05
中国惯性技术学报 Journal of Chinese Inertial Technology
Vol.19 No.2 Apr . 2011
基于 MEMS 加速度计的无陀螺惯导系统
岳 鹏 1,史 震 1,王 剑 2,杨 杰 1
Y + AZ + ω X ⋅ ωZ ⎧ f1 = −l ⋅ ω ⎪ f = l ⋅ω Y + AZ − ω X ⋅ ωZ ⎪ 2 ⎪ Z + AX + ω X ⋅ ωY f l = − ⋅ ω ⎪ 3 ⎨ Z + AX − ω X ⋅ ωY ⎪ f4 = l ⋅ ω ⎪ f5 = −l ⋅ ω X + AY + ωY ⋅ ωZ ⎪ X + AY − ωY ⋅ ωZ ⎪ ⎩ f6 = l ⋅ ω
收稿日期：2010-11-26；修回日期：2011-03-23 基金项目：国家科技部 863 项目（2008AA09Z204） ，男，博士研究生，从事无陀螺惯性导航、组合导航研究。E-mail：yuepeng@ 作者简介：岳鹏（1979—） 联 系 人：史震（1961—） ，男，教授，博士生导师。E-mail：shizhen@
P Ze
A ω
ω xω y , ω x ω z , ω yω z
积分法 微分法
A ω
ω2 A ω ω xω y , ω x ω z , ω yω z
积分法 微分法 开方法
积分法
Zb
R′
L
ωnb
Xb
Ob
R
b 表 1 中， Ab 简写为 A ， ωib 简写为 ω 。
Yb
Ye
以 x 轴为例，在加速度计随机常值误差为 1×10-4 g 情况下，分别对三种角速度解算方法进行 100 s 的仿真。
1 无陀螺惯性导航系统原理
无 陀 螺 惯 性 导 航 系 统 （ Gyro Free Inertial Navigation System， GFINS） 也称全加速度计惯导系统， 是利用加速度计在载体非质心处安放来敏感载体的 角运动，从而由加速度计的比力输出中解算载体质 心处的比力和角速度的惯导系统。 1.1 载体非质心处的比力方程 设地心到载体质心的矢量径为 R ，载体上的任意 一点 P 到其质心处的矢量径为 L ，则地心到载体非质 心处的矢量径 R′ ，如图 1 所示。
空、航天和航海等领域得到了广泛的应用[1]。目前， 第四代惯性导航系统的研究发展方向是高精度、低成
第2期
岳鹏等：基于 MEMS 加速度计的无陀螺惯导系统
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本、小型化。随着 MEMS 技术的不断成熟和发展，采 用基于 MEMS 技术的微惯性传感器（MEMS 陀螺和 加速度计）构成的低成本惯性导航系统近年来成为导 航技术发展的热点之一 。 目前， 由 MEMS 陀螺和加速度计构成的微惯性导 航系统（MINS） ，由于 MEMS 陀螺的漂移较大，使得 其构成的微惯导系统精度很低，无法单独使用。而相 比 MEMS 陀螺，MEMS 加速度计的精度较高，并且 市场上 MEMES 加速度计产品已经成熟，工程上使用 的 MEMS 加速度计可以达到 1×10-4g 的精度 10-9g [ 4]。 所以，在当前 MEMS 陀螺存在严重缺陷的情况 下， 可以利用 MEMS 加速度计替代陀螺来测量载体角 运动信息， 从而克服 MEMS 陀螺精度低等缺陷， 提高 惯导系统的精度。