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軍用MEMS |MU 的發展及應用
- 2019-12-06-

      隨著國際形勢的日趨復雜和科學技術的飛速發展,新概念、新思想、新原理的武器裝備不斷涌現,其性能要求也越來越高,高智能、高機動性、微小型化、輕質化、高可靠、低成本、信息化成為重要的發展趨勢"。自20世紀80年代MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems, 微機電系統)技術出現后,MEMS陀螺儀及加速度計成為慣性傳感器家族中的一大種類。MEMS慣性傳感器采用有別于傳統慣性傳感器的集成電路加工工藝,具有壽命更長、制造成本低廉且可靠性更高等優點,同時具有體積、耗電量更小、重量更輕、易集成、大批量生產等特點。在MEMS慣性器件發展基礎上, MEMS慣性測量單元(以下簡稱MEMS IMU)成為了MEMS領域研究和發展最重要的方向之一-[2-31。 和傳統的慣性導航系統相比,MEMS IMU更能夠充分發揮作戰武器的“靈巧性、智能性”,在保證作戰效能的條件下,使其具有“輕質化、微型化”特點,可廣泛應用于中短程戰術導彈、遠程制導炮彈、精確制導炸彈、小型無人機、單兵導航系統等。


      軍事應用的MEMS IMU,對精度、全溫范圍性能、抗惡劣環境能力等方面具有較高要求。從世界范圍上看,經過近30年的發展,歐美等西方國家微機電慣性導航技術的進展和應用進程明顯快于國內,實施了多項重大的慣性器件及系統發展計劃,并在多種武器型號中進行了試驗和部分應用。國外軍用MEMSIMU主要研制單位有BEI、Drapor 實驗室、Honeywell、 MEMSENSE、 Xsens, Sorsonor、 BAE等。


      近年米,歐洲的MEMS IMU 發展十分迅速,多個國家研究和開發了多種典型產品,并在多個軍用領94.202 ching A cademic了oimal域進行試驗和應用。英國BAE 公司研制的MEMS IMU已經成功應用于戰術導彈及炮彈領域:挪威Sorsonor公司研制的STIM202. STIM210等產品以優異的性能及環境適應性具備了應用于多種軍用領域的條件;德國Goodrich公司的MEMS慣性產品近期順利完成了歐洲航天局地球探測衛星的相關任務。美國甚至制訂“通用敏感、制導計劃”,計劃采用微機電慣性技術滿足美軍90%的制導武器的需求",以戰術級微機械陀螺(0.1%/h~30%h) 和高精度微機械加速度計(10°g~10°g)為標志的高端微慣性儀表已經完成工程化研制,并進入型號應用階段。圖1為美國MEMSENSE公司的MEMS IMU典型產品,其中H3-IMU系列產品(如圖1右圖所示)集成了三軸硅微加速度計、三軸硅微陀螺、三軸磁傳感器于- -體,具有高度集成化、體積小、重量輕等優點。


      我國MEMS的研究始于20世紀90年代初,起步并不晚,在“八五”、“九五”期間得到了國家財政及技術的極大支持。經過近20年的發展,我國已在微型慣性器件和慣性測量組合、機械量微型傳感器和制動器、微流量器件和系統、生物傳感器和生物芯片、微型機器人和微操作系統、硅和非硅制造工藝等方面取得一定成果”。


      國內有多所高校和科研單位已經開展MEMS微慣導系統的研究,高校主要有:清華大學、西工大、.哈工大、中北大學、東南大學、北京信息大學:科研單位主要有:中電集團26所、航空618所、航天704所、航天33所等。清華大學曾經利用國外慣性器件研制了微型慣性測量組合,并在開發基于自行研制的硅微陀螺的MEMSIMU;中北大學研制的微型慣性測量組合曾在導彈頭罩分離實驗中得到應用,實驗獲得的測試數據,較好地反映了導彈的實際運動規律。航空618所研制的MEMS IMU己在航空領域的進行應用:航天33所,自“九五”開始進行微機電慣性導航系統的研究,在微機電慣性導航系統的參數標定、溫度補償、導航算法等方面進行一系列的攻關,成果已得到成功應用于部分軍事領域。上述研究成果,為國內微機電慣性導航系統的進一步研制和發展提供了堅實基礎。

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