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随着技术的发展,MEMS惯性测量单元的精度不断提高,又因其具有体积小、功耗低、成本低等优点,在越来越多的领域得到了广泛应用。MEMS惯性测量单元的研制对国民经济和国防建设都具有重要的价值。基于硅微陀螺仪和硅微加速度计,本文针对某水下装置研制了一款MEMS惯性测量单元,并对系统中硅微陀螺仪的温度补偿技术和惯性测量单元的耦合误差补偿技术进行了研究。全文的主要内容如下:(1)分析了硅微陀螺仪、硅微加速度计的动力学模型和工作原理,对硅微陀螺仪温度误差来源进行了分析,表明其主要来源于材料和电路元器件的温度特性,介绍了MEMS惯性测量单元的误差分类,为后续温度补偿和耦合误差补偿提供了基础。(2)针对MEMS惯性测量单元的应用环境和工程需求,进行了系统机械结构设计和模态、谐响应、瞬态响应仿真分析,完成了硅微陀螺仪测控电路、加速度计配置电路和信号采集及数据处理FPGA数字电路设计与优化,系统软件框架及信号采集、数据处理和通信等软件的设计,实现了 MEMS惯性测量单元样机。(3)基于温度对硅微陀螺仪品质因数、固有频率和零偏影响机理的分析,分别设计了线性和分段线性模型对陀螺仪的常温和全温零偏输出进行离线和实时温度补偿,通过补偿前后陀螺仪性能对比以及离线与实时补偿效果对比,验证了所采用温度补偿模型的正确性和有效性;(4)在对MEMS惯性测量单元误差进行分析的基础上,建立并简化了 MEMS惯性测量单元的耦合误差模型,设计标定实验测试并计算了耦合矩阵和解耦矩阵的参数,在FPGA中实现了对系统耦合误差的实时补偿,实验结果表明建模补偿明显减小了系统的交叉轴耦合误差,提高了 MEMS惯性测量单元的检测精度。(5)通过实验完整评估了所设计的MEMS惯性测量单元的性能。其中陀螺仪和加速度计的标度因数非线性度分别小于1OOppm和0.25%FS,常温零偏稳定性分别小于4°/h和200ug,全温零偏稳定性分别小于30°/h和2mg,量程分别达到±150°/s和±30g,整机功耗1.578W。测试结果表明所设计的MEMS惯性测量单元具有较好的性能,满足应用对象的工程需求。