[发明专利]多传感器数据融合的航空线圈惯性导航装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种航空地球物理勘探检测装置，尤其是单旋翼无人直升机ZTEM航空电磁勘探装置。

背景技术：

单旋翼无人直升机ZTEM航空电磁勘探系统采用单旋翼无人直升机作为飞行载体，利用人工磁场或者天然地磁场作为场源，通过Z分量接收线圈接收地下介质因涡流效应产生的二次场，从而对地下电阻率做出解释。Z分量接收线圈是单旋翼无人直升机ZTEM航空电磁勘探系统的核心部分之一，悬挂于单旋翼无人直升机下方。在飞行过程中，由于单旋翼无人直升机的急停、转向和倾斜等动作，造成Z分量接收线圈的姿态摆动，使得测量的磁场数据存在误差。因此，如何有效的实时监测Z分量接收线圈摆动姿态，成为了ZTEM航空电磁勘探系统中的一个重要研究方向。

CN102991506A公开了一种基于MEMS的汽车驾驶姿态检测系统，系统包括信号采集模块、信号处理模块、智能控制模块、姿态提示模块及电源模块。信号采集模块完成对车辆驾驶操姿态的实时检测及初始信号传输；信号处理模块完成对初始信号的AD转换、数字滤波等处理，并将数据传输至智能控制模块，智能控制模块根据检测的数据控制姿态提示模块显示相应姿态信息；电源模块为系统进行供电。

CN103171561A公开了一种汽车姿态检测方法，包括：提供三轴加速度传感器、微处理单元和中控电脑，将所述三轴加速度传感器设置在汽车内，并与所述微处理单元的输入端电性连接，将所述微处理单元的输出端与所述中控电脑电性连接；所述三轴加速度传感器采集汽车的姿态参数，并将姿态参数传送给所述微处理单元，所述微处理单元判断姿态参数，并将判断结果传送给所述中控电脑，所述中控电脑根据判断结果实时调整汽车的运行姿态。相较于现有技术，本发明的所述汽车姿态检测方法可以实时获取汽车的运行姿态，并将运行姿态提供给中控电脑，以进行对应的调整，从而提高驾驶的安全性。

上述发明的姿态检测装置可以实时获取汽车的运动姿态，但都存在一些不足。由于采用单一或两种传感器，存在其本身固有特性，随着时间、温度的外界变化，会导致其误差会随时间累计，测量值会发生漂移，只能在短时间内保证精度，不满足ZTEM航空电磁勘探系统的动态稳定性和鲁棒性的要求。

对于单旋翼无人直升机ZTEM航空电磁勘探装置的一般结构而言，Z分量接收线圈受飞行速度、飞机颠簸和风向等因素影响，会发生摆动，导致线圈与大地之间的耦合发生变化，给测量的电磁数据带来误差，因此在飞行过程中对Z分量接收线圈姿态的实时检测十分重要。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种适用于检测单旋翼无人直升机ZTEM航空电磁勘探的多传感器数据融合的航空线圈惯性导航装置。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

多传感器数据融合的航空线圈惯性导航装置，是由吊挂绳索2上端系在单旋翼无人直升机1舱底，吊挂绳索2下端等角度系在十字形支架4上，十字形支架4支撑Z分量接收线圈3，第一姿态传感器10、第二姿态传感器11和第三姿态传感器12等间距地固定于Z分量接收线圈3上，第一姿态传感器10、第二姿态传感器11和第三姿态传感器12经信号传输线6与固定于十字形支架中心的姿态数据收录系统7相连构成。

姿态数据收录系统7是由第一姿态传感器10、第二姿态传感器11和第三姿态传感器12经单片机14分别连接GPS13和存储器15，单片机14设有同步时钟脉冲，当单片机14与GPS13失去信号联系时，姿态数据收录系统7立即切换到同步时钟脉冲，存储器15采用便携式SD存储卡，通过SPI接口与单片机14连接构成。

每个姿态传感器均由一个MEMS三轴陀螺仪、一个MEMS三轴加速度计和一个MEMS三轴磁阻传感器组成。

第一姿态传感器10、第二姿态传感器11和第三姿态传感器12采集Z分量接收线圈3的空中摆动姿态参数，并将姿态参数分时传送给单片机14，单片机14采用扩展型卡尔曼滤波算法对第一姿态传感器10、第二姿态传感器11和第三姿态传感器12输出的姿态参数进行滤波，计算出航空线圈姿态偏转角，GPS13通过传输线将时间同步信号传输给单片机14，单片机14将时间同步信号与航空线圈姿态偏转角数据一并传输到存储器15。