MEMS惯性器件主要技术指标

MEMS惯性器件包括MEMS加速度计和MEMS陀螺仪，前者测量物体的加速度，通过一次积分和二次积分获得物体的速度和位置。后者测量物体的姿态角速率，通过积分获取物体的姿态角。

作为在工程上广泛应用的测量装置，MEMS惯性器件的指标需要能体现其测量的精度，测量的稳定性以及应用时对环境的适应性。

1 数学模型

在工程上，常将MEMS陀螺仪和MEMS加速度计测量模型等效为多项式形式，MEMS惯性器件的测量模型可以表示为:

f(x)= K₀+ K₁x+ K₂x² +……………(1)

其中，x表示为陀螺仪或加速度计的输入激励，f(x)为陀螺仪或加速度计的输出,K₀,K₁,K₂分别为零次项、一次项、二次项系数，可以认为MEMS惯性器件的主要误差就是以上系数自身的变化以及随环境变化而导致的。

2 主要指标

(1)零偏(Bias)

也称零偏或偏值，是MEMS陀螺仪或加速度计在输入为零时输出的均值，这里需要强调，零偏一个随机变量。因此，零偏可以认为是零次项系数的均值。

(2)零偏重复性(run-to-run(2)repeatability)

全称是零偏逐次上电重复性，这是传统惯性器件的经典指标，是指惯性器件不同次上电运行时的零偏的不重复程度。具体测量方法是在常温下将器件多次上电，测量和记录每次上电的零偏数值，以零偏在多次通电状态下测量值的标准差来表示。零偏重复性反映的是零偏的逐次通电稳定性给定这一指标时，需要对通电的时间间隔或测试的总时间长度进行说明。

(3)零偏稳定性(Bias Stability)

也称为零漂，零偏稳定性反映的是MEMS陀螺仪或加速度计零偏的随机性误差，是其零偏中非确定性随时间变化的分量，通常用MEMS惯性器件在一个工作周期内零偏值的标准偏差只来表示。零偏稳定性指标的高低与采样周期、平滑时间、样本长度等密切相关，当给定具体的零偏稳定性指标时，应对这些数据采集及处理条件加以说明。

(4)零偏不稳定性(in-run instability)

零偏不稳定性表示的是MEMS惯性器件的零偏漂移误差，是用Alan方差法数据处理得到的MEMS惯性器件随机误差参数之一，是由陀螺仪自身参数的不稳定性或由环境噪声(如环境温度波动等)引起的低频零偏波动。采集足够长时间的静态数据(精度越高的器件所需采集时间越长)，绘制Allan方差曲线，其低谷值即反映零偏不稳定性指标。

(5)全温零偏误差(bias error overtemperature)

是零偏的温度敏感系数(或称温漂系数)，反映器件参数的温度敏感性。是指器件零偏在其额定工作温度范围内相对于室温零偏值的变化量。对于传统惯性器件，一般是逐个做了温漂补偿的，因此这个全温零偏误差就是温补后的残差。

(6)随机游走系数(Random walkcoefficient)

MEMS惯性器件的随机游走系数表示的是其零偏随机性误差中噪声的大小，是用Allan方差法数据处理得到的MEMS惯性器件输出噪声特性参数之一，是由白噪声产生的随时间累积的MEMS惯性器件输出误差系数。对于MEMS陀螺仪则称为角度随机游走系数，对于MEMS加速度计则称为速度随机游走系数。随机游走系数反映了MEMS性器件的研制水平，也反映了其极限检测能力。

白噪声给陀螺仪带来的误差称为Angularrandom walk(ARW°)，误差单位:

给加速度计带来的误差称为Velocity randomwalk(VRW)，误差单位:

注:有时厂家会给出噪声密度速率(RateNoise Density)的指标，这个指标与ARW与VRW等效，需将ARW或VRW的sqrt(h)单位换为变为sqrt(Hz),具体数值除以3600。

 （7）标度因数(Sensitivity)

是MEMS惯性器件输出的变化量与对应输人变化量的比值，有时称为灵敏度，对应于式(1)中的项。与标度因数相关的技术指标包括标度因数非线性、标度因数不对称性和标度因数重复性。

 （8）标度因数非线性(Nonlinearity)

是指输入--输出关系与线性输入--输出之间的系统性偏差，常用输入--输出测试数据进行线性拟合后的输出残差绝对值的最大值与器件的最大输出范围的比值来表示。这种方法可以表示MEMS惯性器件在整个测量范围内的输出值相对其标称值的最大偏差情况，但难以确切表达具体的非线性情况。为此，在工程应用中采用大输人量下的相对误差和小输人量下的绝对误差相结合的表示方法。

（9）标度因数非对称性

是MEMS惯性器件正向输入和反向输人两种情况下测得的标度因数与整个量程上测得标度因数之间的差别，用分别测得的标度因数与在整个量程上测得的标度因数的相对差别(百分比)来表示。

(10)标度因数重复性

是指在同等条件下及规定时间间隔内重复上电测得的标度因数之间的一致程度，以标度因数多次测试的标准偏差与其平均值之比来表示。它反映了在时间维度上的稳定性概念。

(11)量程(Dynamic Range）

即惯性器件的有效感知范围。大多数情况下，量程和分辨率存在制约，比较容易满足其中一个指标，但同时实现的难度很大。

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产品特点:

1、适用范围广，低功耗、120 通道、三系统6频GNSS,高跟踪灵敏度，除适合开阔区域的定位导航，也适用于街道、丛林等复杂环境。

2、适应能力强。硅微MEMS器件，抗振动冲击能力强，-40℃~+60℃全温工作。性能指标优。组合导航水平姿态0.3°(rms)，位置优于1cm(rms,RTK)，速度优于0.03m/s(rms)，体积小，重量轻。

3、支持RS-422、RS-232多路串口，支持输出带宽可调，支持输出协议可调，支持在线上传程序/参数，支持9V~40V宽电压供电。

1、GS002A和GS002B指标如下：

2、应用场景

  车载导航移动通讯航拍摄影农业植保武器平台

光电吊舱无人飞行器森林、国土检测船载定位通讯