以微纳卫星、小型无人机为代表的高端无人装备急需高性能、微型化的惯性测量系统。传统的陀螺仪系统体积大，很难满足微型化的需求。而MEMS陀螺仪拥有极佳的C-SWaP（价格、体积、重量、功耗）指标，但性能容易受力、热、电磁等恶劣环境条件的影响，导致MEMS陀螺仪目前大多在消费级应用，难以在各类高端无人装备领域取得应用突破，制约了国内无人装备、航天、航空等多个重要行业的技术进步。因此，如何进一步提升MEMS陀螺仪及其系统的性能是促进本领域技术进步和产业发展的核心关键。
为破解这一系列技术难题，在多项国家计划和上海市科委、经信委等项目资助下，中国科学院上海微系统所与上海航天项目团队产学研用相结合，聚焦限制高性能MEMS陀螺仪和系统研制与应用的核心瓶颈技术，以MEMS陀螺仪芯片、电路控制、系统应用为任务主线，历经多年攻关，突破了一系列关键技术，大幅提升了国产MEMS陀螺仪及其惯性测量系统的技术水平。项目成果转化的产品已实现批量化应用，适用于高端无人装备领域，已成功应用于龙虾眼X射线探测卫星、智慧天网卫星等多个微小卫星型号。
中国科学院上海微系统所MEMS陀螺仪芯片晶圆与MEMS惯性测量模组
MEMS陀螺仪应用：龙虾眼X光探测卫星（左）；高速无人机（右）
项目团队在MEMS陀螺仪结构、工艺、测控电路、误差与非线性补偿技术等方面研究已发表在本领域的重要学术期刊Microsystems & Nanoengineering、IEEE JMEMS、IEEE Sensors Journal、Sensors & Actuators A-Physical、JMM和重要国际会议IEEE MEMS和Transducers上，并且多次受邀进行口头报告，特别是在MEMS陀螺仪高精度闭环模态敏感效应理论、闭环测控实现技术方面进行了深入研究。2016年和2020年，项目团队分别受邀在IEEE Sensors J.和Sensors上发表了研究综述论文（IEEE Sensors J.，16(17)，2016和Sensors，20(4054)，2020）；面向设计的MEMS圆盘角振动谐振陀螺仪、多圆环嵌套谐振陀螺仪、微半球谐振陀螺仪提出了创新的量程拓展、动态范围增大的闭环模态敏感机制，配合开发的Sigma-Delta电路技术，将传统的MEMS陀螺仪量程和动态范围提高了2倍，且保持MEMS陀螺仪精度小于1°/h，相关成果代表国内首次受邀在IEEE MEMS 2021和IEEE MEMS 2024国际会议的Inertial & Physical Sensors板块上进行口头报告。
据麦姆斯咨询报道，2024年10月23日，上海市召开科学技术奖励大会，公布了2023年度上海市科学技术奖共授奖214项（人）。在MEMS陀螺仪与系统应用技术方面，中国科学院上海微系统所获得上海市科技进步二等奖一项，陈方博士为第三完成人。
联系人：陈方，fangchen@mail.sim.ac.cn
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