文档介绍：MEMS-IMU 误差分析补偿与
实验研究
(申请清华大学工学博士学位论文)
培养单位 ： 工程物理系
学科 ： 核科学与技术
研究生 ： 代 刚
指导教师 ： 邵 贝 贝 教 授
联合导师 ： 苏 伟 研究员
二○一一年四月
MEMS-IMU Error Analysis
Compensation method and Experiment
Research
Dissertation Submitted to
Tsinghua University
in partial fulfillment of the requirement
for the degree of
Doctor of Engineering
by
Dai Gang
Dissertation Supervisor: Professor Shao Beibei
Professor Su Wei
April, 2011
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作者签名： 导师签名：
日 期： 日 期：
摘 要
为了首次在国内将 MEMS-IMU 应用在某战术级项目的姿态测量上，本文研究
了在较为复杂的实用环境下，MEMS-IMU 及其中的 MEMS 惯性传感器的输出误差
的机理及相应的补偿方法。由于组成 MEMS-IMU 的 MEMS 惯性传感器的工作方
式与其它类型的传感器大不相同，因此开展的 MEMS 惯性传感器在实验条件下的
误差机理研究，是补偿方法的依据。
首先，本文介绍了 MEMS-IMU 的工作原理和研制的战术级精度 MEMS-IMU
样机，分析并测量了样机的各项误差，包括 MEMS 惯性传感器的误差与集成产生
的误差，评估了在实验条件下各项误差导致的导航解算误差的大小，得到了本文
的研究重点是传感器温度漂移误差与加速度灵敏度误差的抑制。
然后，本文提出了用以分析微结构误差导致的输出误差的统计参数法，
建立了微传感器输出误差与制造过程产生的尺寸误差的联系，可以用以预测
给定制造工艺条件下传感器所能达到的误差指标。接着在考虑加工工艺步骤的
基础上，分析了微加速度计温度漂移的各种可能的原因，重点分析了硅玻璃热膨
胀系数失配导致的相对位移与微加速度计加工误差导致的 U 形梁刚度不对称综合
作用的贡献，并对温度漂移的进行解析计算；建立了微加速度计结构-静电-温度多
物理场耦合有限元模型并进行了温度漂移的分析仿真，还进行了温度实验