慣性導航是目前國內緊缺的高新技術，市場需求多、發展潛力大。MEMS慣性傳感器雖然具有微型化、成本低等優點，然而，單一的消費級MEMS慣性傳感器存在測量誤差大、穩定性差等缺陷，這會導致MEMS慣性導航系統獲取的姿態、運動數據精度差，無法滿足高新產業的發展需求。因此研究價格低、精度高、穩定性好的微慣性測量系統是十分有必要的。
據麥姆斯咨詢報道，針對消費級MEMS慣性傳感器測量誤差不佳、穩定性不好，無法服務于高精度的應用，以及工業級MEMS慣性傳感器價格昂貴等缺陷，蘇州大學的研究團隊通過研究陣列式MEMS微慣性測量單元（IMU）技術方案，設計了一款新型陣列式微慣性測量系統，精度相較于單個慣性傳感器提升至少5.7倍，實現準確位置和姿態數據的采集，具有精度高、體積小、應用廣泛的特點。相關研究成果已發表于《電子電路設計與方案》期刊。
該陣列式MEMS-IMU系統的硬件結構主要包括MEMS傳感器陣列模塊、微處理器模塊、并行數據總線，傳感器陣列模塊由32個消費級微慣性傳感器CM20948構成，負責感知環境，采集當前的加速度、角速度數據。軟件系統中設計了數據采集、分析、標定算法，通過并行數據總線實現多個傳感器的同步數據獲取，并且對多個傳感器進行多數據融合處理，使得該設計系統采集到的數據延遲很小。系統體積小巧，整個電路板的尺寸僅為40mm × 61mm × 9mm，具有很高的便攜性和性價比。
圖1 陣列傳感器硬件實物
圖2 系統硬件結構圖
圖3 程序運行示意圖
Allan方差是量化噪聲的一種常用方法，適用于鑒別測量數據中不同類型的噪聲，可以用來評估傳感器參數穩定性，Allan方差的值越小，傳感器精度越好。測試結果表明，該陣列式MEMS-IMU系統的Allan方差顯著好于單個消費級慣性傳感器。相較于單個慣性傳感器，測量精度提升了約5.7倍，能夠實現準確位置和姿態數據的采集。
圖4 陣列式MEMS-IMU系統與單個慣性傳感器Allan方差性能對比
表1 陣列式微慣性測量系統性能參數
該新型陣列式MEMS-IMU系統能夠穩定、準確地測量出載體的加速度、角速度，實現實時監測載體運動情況，具備高精度、小體積的特點，具有一定的實用價值。
論文鏈接：
https://doi.org/10.16589/j.cnki.cn11-3571/tn.2022.11.002
延伸閱讀：
《消費類MEMS慣性測量單元（IMU）產品對比分析-2022版》
