导航级MEMS陀螺仪的技术指标对比
MEMS陀螺是一种测试角速度或角位移的惯性传感器，在石油测井、武器制导、航空航天、采矿、测绘、工业机器人及消费电子等领域有着广泛的应用前景。由于各个领域的精度要求不同，MEMS陀螺在市场上被划分为导航级，战术级和消费级三种级别。
本文将详细介绍导航级MEMS陀螺，对它们进行参数对比。下文将从MEMS陀螺的技术指标，陀螺的漂移分析和三种导航级MEMS陀螺的对比进行阐述。
MEMS陀螺仪的技术指标
理想的MEMS陀螺仪是在任何条件下其敏感轴的输出与载体对应轴向的输入角参量（角度、角速率）成正比，而且不敏感其交叉轴向的角参量，也不敏感任何轴向的非角参量（如振动加速度和线加速度）。MEMS陀螺仪的主要技术指标见表1。
| 技术指标 | 单位 | 意义 |
| 量程 | (°)/s | 能有效敏感输入角速度的范围 |
| 零偏（零位） | (°)/h | 陀螺仪中输入速率为零时陀螺仪的输出量。因为输出量不同，通常用等效的输入速率表示同一型号的产品，零偏越小越好；不同型号的产品，并不是零偏越小越好 |
| 零偏重复性 | (°)/h(1σ) | 在同样的条件下及规定间隔内（逐次、逐日、隔日...）重复测量的偏值之间的一致程度。以各次测得的偏值的标准偏差表示。对所有陀螺越小越好（评价补偿零位的难易程度） |
| 零位漂移 | (°)/s | 陀螺仪输出量相对理想输出量的偏差的时间变化率。它包含随机性的和系统性的两种分量，并用单位时间内相对惯性空间的相应输入角位移表示。 |
| 比例因子 | V/(°)/s、mA/(°)/s | 输出的变化与要测量的输入变化的比值。 |
| 带宽 | Hz | 陀螺仪频率特性测试中，规定在测得的幅频特性中幅值降低3dB所对应的频率范围，可以通过牺牲陀螺仪带宽的方式提高陀螺仪的精度。 |
表1 MEMS陀螺仪的主要技术指标
陀螺仪的漂移分析
如果陀螺仪存在干扰力矩作用，转子轴将偏离原来稳定的基准方位而形成误差。转子轴在单位时间内相对惯性空间方位（或基准方位）的偏差角称为陀螺漂移率。衡量陀螺仪精度的主要指标是漂移率。
陀螺漂移分为两类：一类干扰力矩是系统性的，规律已知，它引起规律性漂移，因而是可以通过计算机加以补偿的；另一类是随机因素造成的，它引起随机漂移。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均方根值或标准偏差来表示。各种类型陀螺仪随机漂移率日前所能达到的大致范围如表2所示。
| 陀螺仪类型 | 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 |
| 液浮陀螺仪 | 0.01-0.001 |
| 气浮陀螺仪 | 0.01-0.001 |
| 动力调谐陀螺仪 | 0.01-0.001 |
| 静电陀螺仪 | 0.01-0.0001 |
| 半球谐振陀螺仪 | 0.1-0.01 |
| 激光陀螺仪 | 0.01-0.001 |
| 光纤陀螺仪 | 1-0.1 |
表2 各种类型陀螺仪的随机漂移率
各种应用场合对陀螺随机漂移率要求的大致范围如表3所示。惯性导航系统定位精度的典型指标为1n mile/h(1n mile=1852m)，它要求陀螺随机漂移率应达到0.01(°)/h，故通常把随机漂移率达到0.01(°)/h的陀螺仪称为惯导级陀螺仪。
| 应用场合 | 对陀螺随机漂移率要求/(°)·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 |
| 船用陀螺罗经、捷联式航向姿态系统炮兵侧位、地面战车惯性导航系统 | 0.1-0.01 |
| 飞机、舰船惯性导航系统 | 0.01-0.001 |
| 战略导弹、巡航导弹惯性制导系统 | 0.01-0.0005 |
表3 各种应用场合对陀螺随机漂移率的要求
三种导航级MEMS陀螺的对比
Ericco推出的MG2系列为导航级MEMS陀螺，它们的精度水平很高，能够满足各个领域的需求。下表将从量程、零偏不稳定性、角速度随机游走、零偏稳定性、比例因子、带宽和噪声进行对比。
| ER-MG2-50/100 | ER-MG2-200 | ER-MG2-300/400 | |
| 量程(deg/s) | 50-100 | 200 | 300-400 |
| 零偏不稳定性(deg/hr) | 0.01-0.02 | 0.02 | 0.03-0.05 |
| 角速度随机游走(°/√h) | 0.0025-0.005 | 0.005 | 0.01-0.025 |
| 零偏稳定性（10秒平滑）(deg/hr) | 0.05-0.1 | 0.1 | 0.15-0.5 |
| 零偏稳定性（1秒平滑）(deg/hr) | 0.15-0.3 | 0.3 | 0.5-1.5 |
| 比例因子(lsb/deg/s) | 160000-80000 | 40000 | 28000-20000 |
| 带宽(-3dB)(Hz) | 12 | 50 | 50-100 |
| 噪音(deg/s) | ±0.002~±0.003 | 0.04 | ±0.01~±0.05 |
表4 三款导航级MEMS陀螺的参数对比表
由表4可以看出，三款陀螺最大的区别在于量程不同，ER-MG2-200与ER-MG2-100相比，精度水平依旧保持不变，但是量程扩大到200deg/s,这使得测量范围更大，可以满足更高的要求，适用性更强。前两款是MEMS寻北陀螺，而ER-MG2-300/400则是一款适用于空中和海上导航的MEMS导航陀螺。
希望通过本文，你可以对导航级MEMS陀螺的技术指标及其之间的对比关系有多了解。如果你对MEMS陀螺的更多知识感兴趣，欢迎与我们探讨。
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ericco741@163.com
我是主要负责imu产品的一名外贸专员
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