無人機(jī)、無人車、無人船、機(jī)器人等代表性無人系統(tǒng)的智能自主控制是當(dāng)前自動控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，更是提升無人系統(tǒng)自主性和智能化水平的核心技術(shù)。自主導(dǎo)航技術(shù)利用對應(yīng)的自主導(dǎo)航系統(tǒng)獲取無人系統(tǒng)自身的位置、速度及姿態(tài)信息，是實(shí)現(xiàn)無人系統(tǒng)智能自主控制必不可少的技術(shù)保障。在無線電導(dǎo)航、地形匹配導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、磁導(dǎo)航及視覺導(dǎo)航等眾多導(dǎo)航技術(shù)中，不需要依賴外界信息的慣性導(dǎo)航技術(shù)是目前實(shí)現(xiàn)無人系統(tǒng)自主導(dǎo)航的一種最強(qiáng)有力技術(shù)手段?；谖C(jī)電系統(tǒng)(micro-electro-mechanical system, MEMS)慣性傳感器的MEMS慣性導(dǎo)航技術(shù)是慣性導(dǎo)航技術(shù)的一個重要分支，其系統(tǒng)具有成本低、體積小、功耗低以及抗沖擊強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因此，針對MEMS慣性傳感器及其導(dǎo)航技術(shù)的研究對無人系統(tǒng)自主導(dǎo)航技術(shù)的快速發(fā)展和滿足其日益提升的應(yīng)用需求有重要的支撐意義。
MEMS慣性傳感器的分類
MEMS慣性傳感器包括MEMS陀螺儀及MEMS加速度計(jì)，其分類有多種方式，根據(jù)精度由低到高為不同客戶提供定制化解決方案。
根據(jù)感知角速度的方式，MEMS陀螺儀可以分為振動臂式、振動盤式和環(huán)形諧振式。振動臂式MEMS陀螺儀通過測量扭轉(zhuǎn)振動幅度以及扭轉(zhuǎn)振動相位來獲取角速度，振動盤式MEMS陀螺通過測量元件與底部之間電容量的變化來獲取角速度，環(huán)形諧振MEMS陀螺儀通過測量磁場變化來獲取角速度
根據(jù)感知加速度的方式，MEMS加速度計(jì)可分為位移式、諧振式和靜電懸浮式。位移式MEMS加速度計(jì)通過檢測電容變化來測量加速度大小諧振式MEMS加速度計(jì)通過測量諧振頻率的變化來測量加速度大小，精度很高，靜電懸浮式MEMS加速度計(jì)通過測量電容來獲取懸浮狀態(tài)下的圓盤或圓球位置從而測量加速度大小，理論精度高。
根據(jù)傳感原理，MEMS加速度計(jì)可分為壓阻式、壓電式和電容式3類。壓阻式加速度計(jì)通過將相應(yīng)懸臂梁上的電阻轉(zhuǎn)化成電壓輸出，即可將加速度信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵觯哂畜w積小、加工工藝簡單、精度高、響應(yīng)速度快、抗電磁干擾強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。壓電式MEMS加速度計(jì)通過測量內(nèi)部壓敏阻值變化與被測加速度的關(guān)系，從而推算出外界加速度，具有測量范圍大、重量小、體積小、抗干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單和測量精度高的優(yōu)點(diǎn)。電容式MEMS加速度計(jì)通過檢測電容值的變化量，從而推算出外界加速度，具有測量精度高、靈敏度高、穩(wěn)定性好、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。
