慣性導航系統(tǒng)的核心是慣性測量單元（imu）。一個基本的慣性測量單元包括三個單自由度加速度計和三個單自由度陀螺儀或二個2自由度陀螺儀。這些加速度計和陀螺儀的輸入軸分別沿空間的三個互相垂直的坐標軸方向。這樣，慣性測量單元就可以敏感空間任意方向的線運動或角運動。但是，由于陀螺儀敏感的是相對于慣性空間的運動，而需要測量的是載體相對于某個參照系的相對運動，因此必須進行坐標變換。此外，加速度計所測加速度輸出信號中往往包含重力加速度分量和有害加速度分量，必須對重力加速度分量進行修正，對有害加速度分量進行補償，然后經(jīng)過積分與計算得到運載體的速度和所在的地理位置。由此可見，慣性測量單元中各個慣性敏感器件敏感的信號需要經(jīng)過信號變換和信號處理才能轉(zhuǎn)換成可接受的有用信號。
隨著微機電系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，由微機電系統(tǒng)加速度計和微機電系統(tǒng)陀螺儀組合而成的微慣性測量單元（micro inertial measuremerit unit，簡稱mimu）已研制成功。這種微慣性測量單元具有體積小，重量輕、功耗小、成本低和可靠性高等優(yōu)點?？蓮V泛應用于汽車安全防護、戰(zhàn)術(shù)武器制導、個人導航和微小衛(wèi)星姿態(tài)控制等領(lǐng)域。
一個典型的微慣性測量組合系統(tǒng)如圖4-20所示，該組合系統(tǒng)包括微慣性敏感器組合裝置、變換電路的組合及微數(shù)字信號處理系統(tǒng)三部分。
微慣性敏感器組合裝置由三只真空封裝的硅微型陀螺儀和三只密封的微硅加速度計及前放組合而成。其中，微陀螺儀和微加速度計分別安裝在邊長3.8 cm的正六面體基座的三個互相正交的平面內(nèi)。每個慣性敏感器件的輸入軸方向需要經(jīng)過仔細排列，以保證彼此正交。必要時，組合裝置中還包含溫度敏感裝置和預熱裝置，以實現(xiàn)溫控。
圖1 mimu系統(tǒng)框圖
變換電路組合具有處理來自敏感裝置前放的弱小模擬信號，并能將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的功能，該電路組合并將信號激勵電路、驅(qū)動電路和溫控電路等集成在一塊，形成專用芯片。
微型數(shù)字信號處理系統(tǒng)將制導、導航和控制的有關(guān)運算程序和信號處理軟件集成在專用的數(shù)字信號處理芯片上。
1998年，由美國桑地亞國家實驗室（sandia national lab簡稱snl）及柏克利傳感器執(zhí)行器中心（the berkeley sensor actuater center，簡稱bsac）等單位首次用桑地亞模塊式，單片微機電系統(tǒng)工藝（the sandia modular，monolithic，micr0-elec-tr0-mechanical systems technology，簡稱m3ems）將一個敏感χ、y平面角速率運動的二維微陀螺和一個敏感垂直軸向即ζ方向角速率的一維微陀螺及三維加速度計以及相應的測試回路完全集成在一塊芯片上，芯片邊長1cm，如圖2所示。構(gòu)成了一個集成化的微機電（imem）imu原理樣機。該imu可用于gps（全球定位系統(tǒng)）輔助的慣性導航系統(tǒng)。
圖2 集成微機電imuj泉理樣機