[实用新型]惯性姿态方位测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及测量装置，特别是惯性姿态方位测量装置。

背景技术

姿态测量对于飞机、车辆等运动载体具有重要意义。针对微型飞行器等微小型系统，目前主要有两种基于微机电传感器技术的简单惯性姿态测量方法。

一是使用三轴正交陀螺仪/组，对测出的角速率进行积分运算，理论上能获取微小型系统在任意运动状态下的三维姿态信息，但此时需要初始姿态基准作为递推运算中的积分初值，同时因存在零点漂移而随时间增长不断积累误差，不能持续长时间工作。第二种方法利用加速度计或倾角传感器，能测出微小型系统的横滚角和俯仰角，但它们无法区别运动加速度和重力加速度，只适用于静止和匀速直线运动等平稳状态；在横滚角和俯仰角已知的前提下，能确定三维磁传感器测量方向与当地水平面之间的坐标换算关系，从而求出航向角。

以上两种方法存在各自的使用缺陷，单独使用时应用面非常狭窄。

对运动载体进行精确控制，除了精确的姿态信息外，还需要精确的定位信息。目前运动物体的定位主要依靠GPS定位系统，该系统能精确测量经度和纬度，但其高度测量易受GPS接收机观测卫星数的影响，波动较大。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单、成本低、信号完备、测量精度高的惯性姿态方位测量装置。它集成三轴速率陀螺、三轴加速度计和三轴磁强计，利用传感器数据融合技术来补偿简单惯性姿态测量系统的使用缺陷，同时提供重要的定位信息。在定位方面，利用气压高度计来提供相对稳定的高度信息。

本实用新型电路板由中央微处理器、姿态传感器、位置传感器、用户接口组成，姿态传感器、位置传感器、用户接口分别与中央微处理器连接，电路板由减振胶圈固定在盒体内。

所述的姿态传感器由三轴速率陀螺、三轴加速度计和三轴磁强计组成。

所述的位置传感器由气压高度计、GPS接收机和GPS天线组成。

所述的中央微处理器自身带有模数转换器。

三轴速率陀螺、三轴加速度计、三轴磁强计以及气压高度计分别与中央微处理器自带的模数转换器连接。

GPS接收机与中央微处理器相连。

所述的中央微处理器型号为ARM Cortex-M3。

本实用新型的优点是结构简单、成本低、信号完备、测量精度高，减振作用好，应用范围广。

附图说明

图1为本实用新型测量装置的系统组成框图；

图2为本实用新型电路板的结构示意图。

图中：1.姿态传感器  1-1.三轴速率陀螺  1-2.三轴加速度计  1-3.三轴磁强计  2.位置传感器  2-1.气压高度计  2-2.GPS接收机  2-3.GPS天线  3.中央微处理器  3-1.模数转换器4.用户接口(RS232串口)

具体实施方式

本实用新型电路板由中央微处理器3、姿态传感器1、位置传感器2、用户接口4组成，姿态传感器1、位置传感器2、用户接口4分别与中央微处理器3连接，电路板由减振胶圈固定在盒体内。

所述的姿态传感器1由三轴速率陀螺1-1、三轴加速度计1-2、三轴磁强计1-3组成。

所述的位置传感器2由气压高度计2-1和GPS接收机2-2、GPS天线2-3组成。

所述的中央微处理器3自身带有模数转换器3-1。

三轴速率陀螺1-1、三轴加速度计1-2、三轴磁强计1-3以及气压高度计2-1分别与中央微处理器3自带的模数转换器3-1连接。

GPS接收机2-2与中央微处理器3相连。

所述的中央微处理器3型号为ARM Cortex-M3。

以本实用新型在固定翼航模上的应用为例，描述其工作过程如下：

1、系统安装：根据本实用新型中的三轴速率陀螺1-1的安装位置标记x、y和z轴，固定翼航模以其重心位置O为坐标原点建立三维坐标系，机头方向为X轴，右机翼方向为Y轴，Z轴则垂直于XOY平面，指向下方，与本实用新型配装。

2、系统初始化：

1)设定三轴陀螺仪1-1的基准：把本实用新型静置5秒钟，中央微处理器3读取x、y和z三个轴向上的陀螺角速率数据，取其平均值作为相应轴向上的陀螺角速率基准；

2)计算初始姿态：在本实用新型静置的5秒钟内，中央微处理器3读取三轴加速度计1-2的数据，取其三个轴向上的读数均值来计算固定翼航模的初始姿态；