● 摘要
20 世纪80 年代后期，随着大规模和超大规模集成电路的迅速发展，微机电系统 (MEMS)的研究得到了迅猛的发展，基于MEMS 技术的微惯性传感器是其最重要的方向之一，在民用和军用领域得到了广泛的应用。但目前微惯性器件精度较低，受环境干扰影响大，如何在现有低成本微惯性器件的基础上,针对不同的车载应用振动、冲击等恶劣环境下，通过对微惯性器件的误差进行测试、建模、分析以及补偿，最大限度提高微惯性器件的性能，成为本文研究的主要内容和目标。本论文根据应用项目的需要，设计实现了由一个双轴微机械加速度计和一个微机械陀螺组成的微惯性传感器模块电路，对设计过程中出现的问题进行了分析，并对该模块中的陀螺仪、加速度计进行了标定实验。针对微惯性传感器精度较低的缺点，论文对微机械陀螺和微机械加速度计的随机漂移时间序列建模方法展开研究，建立了微惯性传感器模块中陀螺仪和加速度计的随机误差时间序列模型，并根据模型对误差进行了卡尔曼滤波，减小了随机噪声对微惯性传感器零漂的影响。针对项目所涉及到的车载应用环境，对微惯性传感器在汽车振动环境下的输出性能进行了分析，并对微机械加速度计受汽车发动机振动引起的有害加速度进行了研究，并采用小波方法进行了去噪分析，建立了车载振动环境下微机械加速度计的时间序列模型，应用该模型进行卡尔曼滤波可以有效地对微机械加速度计的位置误差进行补偿。针对项目应用的汽车碰撞造成的大冲击环境，论文从物理结构上分析了微惯性传感器的冲击响应性能，并设计模拟试验进行了微惯性传感器在大冲击情况下的性能测试和响应分析。