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MEMS 與 FOG：環(huán)形激光陀螺儀 (RLG) 自 1963 年首次問世以來一直主導(dǎo)著慣性導(dǎo)航市場，最近其主導(dǎo)地位因光纖陀螺儀 (FOG) 技術(shù)的改進而受到挑戰(zhàn)。這些技術(shù)進步正在緩慢但肯定地侵蝕 RLG 在慣性導(dǎo)航市場中的地位，使老化的技術(shù)變得無關(guān)緊要。
這是一個合理的問題，因為近年來該技術(shù)已取得了長足的進步，MEMS 陀螺儀傳感器實現(xiàn)了更高的精度、改進的誤差特性和更好的 g 靈敏度，從而極大地提高了 MEMS 的整體性能?，F(xiàn)在，這兩種技術(shù)經(jīng)常在眾多戰(zhàn)術(shù)和導(dǎo)航級應(yīng)用中正面交鋒。
選擇慣性技術(shù)曾經(jīng)是一個簡單的決定，但隨著兩種技術(shù)之間的競爭加劇，導(dǎo)航工程師被迫更加關(guān)注其特定應(yīng)用的 SWaP-C（尺寸、重量、功率和成本）等因素在選擇任一解決方案之前。
光纖已成為高端應(yīng)用久經(jīng)考驗的解決方案，慢慢取代了老化的 RLG 技術(shù)。由于其噪聲極低的光纖陀螺儀，該技術(shù)提供了無與倫比的性能，可實現(xiàn)極其精確的導(dǎo)航，并且相對于其他技術(shù)具有較低的偏置不穩(wěn)定性和漂移，這對于在 GNSS 被拒絕的環(huán)境中保持正常運行至關(guān)重要。
FOG INS被認為更適合關(guān)鍵導(dǎo)航解決方案，例如深海水下導(dǎo)航和航空航天應(yīng)用。雖然其較高的成本使其對低端市場望而卻步，但對價格不太敏感的最終用戶（例如軍用和商用飛機制造商）將負擔(dān)得起更高的精度。 FOG 固有的較低漂移也使其成為長期 GNSS 拒絕應(yīng)用的首選，因為整體誤差甚至低于可用的最精確的 MEMS INS。
使該技術(shù)如此有吸引力的另一個獨特功能是光纖陀螺儀的尋北能力。即使在運動時，F(xiàn)OG 也能精確測量地球的自轉(zhuǎn)角速度，并且能夠在幾分鐘內(nèi)準確確定北方并實現(xiàn)陀螺羅盤航向。對于不能長時間依賴任何 GPS 信號的海底應(yīng)用來說，這是一項特別受歡迎的功能。相反，MEMS技術(shù)沒有足夠的陀螺儀精度，需要依靠磁力計或雙天線GNSS來獲得準確的航向。
FOG 和 MEMS 精度都會受到溫度變化的影響。通?？梢酝ㄟ^在工作溫度范圍內(nèi)校準系統(tǒng)來緩解此問題。 MEMS 技術(shù)對溫度波動高度敏感，需要仔細的溫度補償。相比之下，設(shè)計良好、經(jīng)過適當(dāng)絕緣和校準的光纖陀螺通常會表現(xiàn)更好。
最后，雖然 FOG INS 在易振動的環(huán)境中無法避免錯誤，但由于 FOG 沒有任何移動部件，因此它們可以比 MEMS 同類產(chǎn)品更好地處理振動。因此，F(xiàn)OG 是采礦、工業(yè)應(yīng)用和航空航天領(lǐng)域重型設(shè)備穩(wěn)定的首選方法，在這些領(lǐng)域，飛機（尤其是機翼）會承受非常高的振動。
微機電系統(tǒng)（或 MEMS）自 20 世紀 50 年代推出以來取得了快速發(fā)展。該技術(shù)由微型集成電路和硅基微電子技術(shù)制成，極大地改變了工業(yè)和消費電子產(chǎn)品。對于慣性測量單元和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，MEMS 技術(shù)催生了各種慣性傳感器，包括陀螺儀、加速度計和磁力計。
到目前為止，MEMS 的主要優(yōu)點是其成本極低，通常是 FOG 同類產(chǎn)品的 10 倍以上。使用更便宜的材料、先進的制造工藝、更小的尺寸和大規(guī)模采用，都有助于MEMS 的生產(chǎn)成本更低。如今，它廣泛應(yīng)用于車載 GPS、無人機或攝像頭指向等應(yīng)用，而 FOG 技術(shù)的成本太高，無法實現(xiàn)商業(yè)意義。
MEMS 設(shè)備還非常小且重量輕，因此可以在智能手機和玩具等狹小的空間中使用。 MEMS 現(xiàn)在隨處可見，從消費級應(yīng)用到工業(yè)級應(yīng)用，各行各業(yè)都有其身影。這種小尺寸顯著推動了 MEMS 在無人機測量市場的采用，尤其是 LiDAR 測量，該領(lǐng)域需要更高的精度，同時保持相對較小和較輕的尺寸，以便適合無人機。相比之下，光纖陀螺要大得多、重得多，從而減少了合適應(yīng)用的數(shù)量。
MEMS 的耗電量也比 FOG 低，因此能源受限的車輛可以實現(xiàn)更長的任務(wù)時間。 MEMS 憑借其小尺寸和輕量化的特性，成為許多需要最低 SWaP-C（尺寸、重量、功耗和成本）的無人駕駛車輛的首選解決方案。
但 MEMS 也并非沒有局限性。由于其機械特性和部件在高頻下振動，MEMS 對振動更加敏感，尤其是在諧波頻率下。振動會增加傳感器輸出信號的噪聲，從而導(dǎo)致需要通過軟件進行校正的偏差。
這個問題可能會產(chǎn)生一些實際后果。人們發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)數(shù)量的無人機陀螺儀在可聽頻率和超聲波頻率范圍內(nèi)都具有諧振頻率，這使得它們?nèi)菀资艿綋P聲器噪聲的影響。因此，可以使用設(shè)置為正確頻率的揚聲器通過“聲波攻擊”在遠處使無人機墜毀。
由于線性加速度，MEMS 在陀螺儀測量中通常也容易出現(xiàn) g 靈敏度誤差，從而導(dǎo)致較大的偏差，直接影響 INS 姿態(tài)估計的準確性。雖然加速度通常很短（只有幾秒），但在無人機等高動態(tài)領(lǐng)域中卻很劇烈（5g 或更高），但隨著時間的推移誤差的累積不容忽視，需要進行補償。校正是在濾波器級別完成的，但又增加了 FOG 替代方案不易受到影響的復(fù)雜性。
FOG 和 MEMS 解決方案并不總是容易相互比較，因為價格和性能之間的權(quán)衡仍然相當(dāng)巨大。然而，當(dāng)將低端 FOG 與高端 MEMS 進行比較時，MEMS 在尺寸、重量、功耗和成本方面的吸引力與性能的小幅提升相比可能很有吸引力。
最終，在這兩個系統(tǒng)中，F(xiàn)OG 將始終提供盡可能高水平的性能。真正的問題是：您的預(yù)算能否達到所需的性能水平，以及應(yīng)用程序能否適應(yīng)尺寸、重量和功率的增加。
| 標準 | MEMS | FOG |
| 偏置不穩(wěn)定 | 良好 | 最佳 |
| 初始偏差 | 差 | 出色的 |
| 尺寸 | 較小 | 較大 |
| 功率 | 低 | 中等 |
| 航向 | 磁的 | 尋北/陀螺羅盤 |
| 磁干擾 | Yes | No |
| 加速度和振動 | 良好 | 最佳 |
| G 力誤差 | Yes | No |
| 價格 | 最低 | 最高 |
| 應(yīng)用 | MEMS | FOG |
| 無人機/無人機 | 有效載荷小、成本敏感、低功耗、體積小 | |
| 海底 | 最佳姿態(tài)精度、尋北、偏差穩(wěn)定性更好 | |
| 飛機 | 更好的偏置穩(wěn)定性 | |
| 地面車輛 | 價格便宜，性能良好，適用于許多應(yīng)用 | 最適合高精度測量和長時間 GNSS 中斷 |
| 海洋 | 易于設(shè)置（例如使用GNSS 指南針） | 最佳姿態(tài)精度、尋北、偏差穩(wěn)定 |
| 賽車 | 更小、功率更低、抗重力性能好 | |
| 測量 | 體積小、功耗低 | 最佳性能 |
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