产品：导航级MEMS陀螺仪
主要特点：
MEMS陀螺仪是一种用于测量角速度或角位移的惯性传感器。它在石油测井、武器制导、航空航天、采矿、测绘、工业机器人和消费电子等领域有着广泛的应用前景。由于不同领域对精度的要求不同，MEMS陀螺仪在市场上被分为导航级、战术级和消费级三个级别。
本文将详细介绍导航用MEMS陀螺仪，并对其参数进行比较。接下来将详细阐述MEMS陀螺仪的技术指标、陀螺仪的漂移分析以及三种导航级MEMS陀螺仪的比较。
理想的MEMS陀螺仪在任何条件下，其敏感轴的输出都与载体对应轴的输入角参数（角度、角速率）成正比，且对横轴的角参数不敏感，也对任何轴向非角参数（如振动加速度和线加速度）不敏感。MEMS陀螺仪的主要技术指标如表1所示。
| 技术指标 | 单元 | 意义 |
| 测量范围 | （°）/秒 | 对输入角速度范围非常敏感 |
| 零偏差 | (°)/小时 | 当陀螺仪的输入速率为零时，其输出值即为零。由于输出值不同，通常使用等效输入速率来表示同一类型的产品，零点偏差越小越好；而对于不同型号的产品，则并非零点偏差越小越好。 |
| 偏差重复性 | (°)/h(1σ) | 在相同条件下，按指定间隔（连续、每日、隔日……）测量重复测量各部分值的一致性程度，以每次测量偏差的标准偏差表示。对于所有陀螺仪，标准偏差越小越好（评估零点补偿的难易程度）。 |
| 零漂移 | （°）/秒 | 陀螺仪输出与理想输出偏差随时间的变化率。它包含随机分量和系统分量，并以单位时间内相对于惯性空间的相应输入角位移来表示。 |
| 比例因子 | V/(°)/s、mA/(°)/s | 待测输出变化量与输入变化量的比率。 |
| 带宽 | Hz | 在陀螺仪的频率特性测试中，规定与被测振幅对应的频率范围降低 3dB，通过牺牲陀螺仪的带宽可以提高陀螺仪的精度。 |
表1 MEMS陀螺仪的主要技术指标
如果陀螺仪中存在干扰扭矩，转子轴将偏离原有的稳定参考方位角，从而产生误差。单位时间内转子轴线相对于惯性空间方位角（或参考方位角）的偏差角称为陀螺仪漂移率。漂移率是衡量陀螺仪精度的主要指标。
陀螺仪漂移分为两类：一类是系统性漂移，其规律已知，会导致规则漂移，因此可以通过计算机进行补偿；另一类是由随机因素引起的，会导致随机漂移。系统性漂移率用单位时间内的角位移表示，随机漂移率用单位时间内角位移的均方根值或标准差表示。目前各种类型陀螺仪的随机漂移率大致范围如表2所示。
| 陀螺仪型 | 随机漂移率/(°)·h-1 |
| 滚珠轴承陀螺仪 | 10-1 |
| 旋转轴承陀螺仪 | 1-0.1 |
| 液体浮子陀螺仪 | 0.01-0.001 |
| 气浮陀螺仪 | 0.01-0.001 |
| 动态调谐陀螺仪 | 0.01-0.001 |
| 静电陀螺仪 | 0.01-0.0001 |
| 半球谐振陀螺仪 | 0.1-0.01 |
| 环形激光陀螺仪 | 0.01-0.001 |
| 光纤陀螺仪 | 1-0.1 |
表2 各类陀螺仪的随机漂移率
表3显示了各种应用所需的陀螺仪随机漂移率的近似范围。惯性导航系统的典型定位精度指标为1n英里/小时（1n英里=1852米），这要求陀螺仪的随机漂移率达到0.01（°）/小时，因此随机漂移率为0.01（°）/小时的陀螺仪通常被称为惯性导航陀螺仪。
| 应用 | 陀螺仪随机漂移率的要求/(°)·h-1 |
| 飞行控制系统中的速率陀螺仪 | 150-10 |
| 飞行控制系统中的垂直陀螺仪 | 30-10 |
| 飞行控制系统中的方向陀螺仪 | 10-1 |
| 战术导弹惯性制导系统 | 1-0.1 |
| 船用陀螺罗盘、系留式航向姿态系统、火炮侧向位置、地面车辆惯性导航系统 | 0.1-0.01 |
| 用于飞机和船舶的惯性导航系统 | 0.01-0.001 |
| 战略导弹、巡航导弹惯性制导系统 | 0.01-0.0005 |
表3 陀螺仪在不同应用中随机漂移率的要求
Micro-Magic Inc. 的 MG 系列是一款高精度导航级 MEMS 陀螺仪，可满足各领域的需求。下表对比了其量程、偏置不稳定性、角度随机游走、偏置稳定性、比例因子、带宽和噪声。
| MG-101 | MG-401 | MG-501 | |
| 动态范围（度/秒） | ±100 | ±400 | ±500 |
| 偏差不稳定性（度/小时） | 0.1 | 0.5 | 2 |
| 角随机游走(°/√h) | 0.005 | 0.025~0.05 | 0.125-0.1 |
| 偏差稳定性（1σ 10s）（度/小时） | 0.1 | 0.5 | 2~5 |
表4 三种导航级MEMS陀螺仪的参数对比表
希望通过本文，您能了解导航级MEMS陀螺仪的技术指标及其相互关系。如果您对MEMS陀螺仪感兴趣，欢迎与我们交流。
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