仪器科学与技术概论论文

《仪器科学与技术概论》论文
22011127 刘保帅在大一下学期，院系开设了“仪器科学与技术概论”这门课程。

仪器科学与技术概论这门课程主要从MEMS微机电系统，测控技术和国土资源测量，机器人技术与遥感技术，组合导航系统这四个大方向展开。

（一）MEMS微机电系统
MEMS微机电系统是一种先进的制造技术平台。

MEMS技术采用了半导体技术中的光刻、腐蚀、薄膜等一系列的现有技术和材料，但是MEMS更侧重于超精密机械加工，并且涉及微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。

它的学科面也扩大到微尺度下的力、电、光、磁、声、表面等物理学的各分支。

MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果，具有多学科交叉的特点。

MEMS学科的特点主要表现为以下几个方面：微型化，MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短；以硅为主要材料，机械电器性能优良；可以进行批量生产，批量生产可大大降低生产成本；集成化，可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，从而形成复杂的微系统。

MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元和系统。

ＭＥＭＳ技术开辟了一个全新的领域和产业。

在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。

（二）测控技术和国土资源测量技术
GPS定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于地籍控制测量中。

应用GPS卫星定位技术建立的控制网叫GPS控制网(简称GPS网)。

GPS系统包括三大部分：空间部分——GPS卫星星座；地面控制部分——地面监控系统；用户设备部分——GPS信号接收机。

应用GPS进行地籍控制测量，点与点之间不要求互相通视。

由于GPS技术具有布点灵活、天候观测、观测及计算速度快、精度高等优点，使GPS技术在国内各省市的城镇地籍控制测量中得以广泛应用。

利用GPS技术进行地籍测量的控制，没有常规三角网(锁)布设时要求近似等边及精度估算偏低时应加测对角线或增设起始边等繁琐要求，只要使用的GPS仪器精度与等级控制精度匹配，控制点位的选取符合GPS点位选取要求，那么所布设的GPS网精度就完全能够满足地籍测量规程要求。

（三）机器人技术与遥感技术
遥感技术20世纪60年代兴起的一种探测技术，是根据电磁波的理论，应用各种传感仪器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息，进行收集、处理，并最后成像，从而对地面各种景物进行探测和识别的一种综合技术。

利用遥感技术，可以高速度、高质量地测绘地图。

机器人最早在汽车制造业和核工业领域得以应用。

随着机器人技术的不断发展，工业领域的焊接、喷漆、搬运、装配、铸造等场合，己经开始大量使用机器人。

另外在军事、海洋探测、航天、医疗、农业、林业甚到服务娱乐行业，也都开始使用机器人。

国内外机器人的主要应用可以分为两大类：军用机器人和民用机器人。

军用机器人主要用于军事上代替或辅助军队进行作战、侦察、探险等工作。

军用机器人的控制方式一般有自主操控式、半自主操控式、遥控式等多种方式。

在民用机器人中，各种生产制造领域中的工业机器人在数量上占绝对多数，其它各种种类的机器人也开始在不同的领域得到研究开发和应用。

工业机器人一般由机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置等构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。

特别适合于多品种、变批量的柔性生产。

它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。

机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。

机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。

（四）组合导航系统
目前常用的组合导航系统主要有以下几种：
1.GPS和INS组合导航系统
GPS是当前应用最为广泛的卫星导航定位系统，使用方便、成本低廉，但是GPS系统军事应用还存在易受干扰、动态环境中可靠性差以及数据输出频率低等不足。

INS系统则是利用安装在载体上的惯性测量装置（如加速度计和陀螺仪等）敏感载体的运动，输出载体的姿态和位置信息。

INS系统完全自主，保密性强，并且机动灵活，具备多功能参数输出，但是存在误差随时间迅速积累的问题，导航精度随时间而发散，不能单独长时间工作，必须不断加以校准。

将GPS和INS进行组合可以使两种导航系统取长补短，构成一个有机的整体。

GPS/INS组合制导的优势主要体现在： GPS/INS组合改善了系统精度，加强了系统的抗干扰能力，解决周跳问题，解决GPS动态应用采样频率低的问题。

2.VOR/DME惯性导航系统
甚高频全向信标(缩写为VOR)和测距仪(缩写为DME)组成的系统是在飞机航行过程中使用的一种无线电导航设备。

甚高频全向信标(VOR)的基本功用是为机载VOR接收机提供一个复杂的无线电信号，经机载VOR接收机解调后，测出地面VOR台相对于飞机的磁方位-VOR 方位。

飞机根据航空地图上标出的VOR台的位置，就可以在航路上顺利地飞行了。

DME的地面发射台和VOR台建在同一地点或建在机场附近。

这套系统由飞机上的询问机和地面台站上的应答机构成。

飞机上的询问机向地面发出一对脉冲信号,地面应答机接受到这对脉冲信号后发回同样的一对脉冲信号。

把发出信号和收到返回信号所消耗的
时间与无线电波传播的速度相乘，就可以算出飞机与地面站之间的距离。

VOR—DME导航系统保证了飞机能安全有秩序地飞行，极大地提高了空中的交通流量和飞行安全。

现在这个系统成为世界上大部分地区主要的导航手段。

3.地形辅助惯性导航系统
由地形特征传感设备如雷达高度表、气压高度表和大气数据计算机测量出飞行器下方的地形剖面或其他特征,推导INS 估算出的地形特征位置,再以这个估算位置为基础,在数字地图存储装置中搜索出能够与测得的地形特征有最好拟合的地形特征,这个地形特征在数字地图中的位置,便是飞行器的精确位置。

然后再用这个精确的位置数据对INS 进行修正,如此不断迭代,就能使飞行器连续不断的获得任意时刻的精确位置,从而测出目标到飞行器的精确距离。

4.组合导航信息融合和信息融合技术
信息融合是利用计算机技术将来自多个传感器或多源的观测信息进行分析、综合处理．从而得出决策和估计任务所需的信息的处理过程。

信息融合技术是随着雷达信息处理和指挥自动化系统的发展而形成的。

指挥自动化系统中的信息融合，是指对来自多个传感器的数据与信息进行多层次、多方面检测、关联、相关、估值和综合等处理，以达到精确的状态与身份估计，以及完整、及时的态势和威胁评估。

信息融合的基本原理是：充分利用传感器资源．通过对各种传感器及人工观测信息的合理支配与使用．将各种传感器在空间和时间上的互
补与冗余信息依据某种优化准则或算法组合来，产生对观测对象的一致性解释和描述。

其目标是基于各传感器检测信息分解人工观测信息．通过对信息的优化组合来导出更多的有效信息。

通过仪器科学与技术概论这门课程的学习，使我们对专业的研究方向和学科前沿动态有了进一步的认识，激发了我们的对该专业的学习兴趣，收获颇多。

22011127 刘保帅
2012-4-24。