[发明专利]基于MEMS阵列式的新型惯性导航系统

说明书

本发明公开了一种基于MEMS阵列式的新型惯性导航系统，包括轴向平行安装的MEMS阵列和空间斜置安装的光纤陀螺，所述MEMS阵列沿X、Y、Z轴向正交配置，每个轴向均包含多个MEMS加速度计和多个MEMS单轴陀螺，所述光纤陀螺实现对所述MEMS单轴陀螺测量误差的在线标定；同时公开了该惯性导航系统的信息融合与标定方法，其中信息融合方法包含MEMS阵列器件融合技术、MEMS陀螺与光纤陀螺融合方法。该系统能够最大程度发挥MEMS阵列中各个分传感器的性能，摆脱传统MEMS惯性器件工艺瓶颈，实现其在精确制导武器装备中的应用，推动批量装备的微小型化、低成本、智能化发展，满足未来作战需求。

技术领域

本发明属于惯性技术领域，特别涉及一种基于MEMS阵列式的新型惯性导航系统。

背景技术

惯性技术是制约导弹武器快速反应的瓶颈，也是各军事强国高度敏感的核心技术，以惯性导航系统INS为主的自主导航，已然成为智能军事装备导航控制的核心。传统的惯导系统分为平台式惯导系统和捷联式惯导系统，具有高功耗、体积大、重量大、结构复杂、成本高等特点，已经无法满足未来智能军事装备小型化的发展需求，低成本、低功耗、小型化导航定位授时系统是军事装备智能化发展的必然趋势。

MEMS惯性器件凭借小体积、低成本等优点，正在逐步应用于智能军事装备领域中。但是MEMS惯性器件特别是MEMS陀螺存在精度差、环境适应性差的问题，无法单独依靠 MEMS惯性导航系统完成长时间高精度自主导航任务，制约其在火箭军导弹装备领域应用。

发明内容

本发明提出了一种基于MEMS阵列式的新型惯性导航系统，采用多组低精度惯性器件+ 单轴斜置光纤陀螺阵列式配置，以导航性能和可靠性最优为准则，构建了阵列MEMS器件平行安装+单轴光纤陀螺斜置配置方式；在空间配置确定后，搭建MEMS阵列式导航系统信息处理体系，完成多传感器器件级信息融合和系统级导航误差校正；引入斜置光纤陀螺，为阵列式导航系统中的MEMS陀螺提供额外的角速度基准，通过在线标定技术，实时对各传感器误差及相关系数进行修正，规避MEMS器件逐次重复性差的问题；可对MEMS阵列内的子传感器工作状态进行实时监测，并在出现故障时及时进行故障隔离和处理，提高惯导系统可靠性和稳定性；该系统最大程度地发挥MEMS阵列中各个分传感器的性能，提高 MEMS使用精度和环境适应性，极大降低惯性导航系统的成本、体积、重量。

本发明采用如下技术方案：

一种基于MEMS阵列式的新型惯性导航系统，包括轴向平行安装的MEMS阵列和斜置安装的光纤陀螺，所述MEMS阵列沿X、Y、Z轴向正交配置，每个轴向均包含多个MEMS 加速度计和多个MEMS单轴陀螺，所述MEMS加速度计用于测量加速度，所述MEMS单轴陀螺用于测量角速度；所述光纤陀螺为空间斜置，实现对X、Y、Z轴向角速度测量误差的在线标定。

一种惯性导航系统的信息融合方法，采用上述基于MEMS阵列式的新型惯性导航系统进行信息融合，其特征在于，包含同一轴向MEMS阵列器件之间的信息融合以及三个轴向MEMS陀螺与单轴光纤陀螺之间的信息融合：

1)同一轴向MEMS阵列器件之间的信息融合

MEMS单轴陀螺输出y(t)均包含真实角速度ω(t)、白噪声n(t)和随机漂移b(t)，其中随机漂移建模为一阶马尔可夫过程则MEMS单轴陀螺输出模型为：

对于阵列式导航系统，假设同一轴向上有n只MEMS单轴陀螺实现角速度的测量，依据所述MEMS单轴陀螺输出模型可知，所述角速度测量值中不仅包含真实的角速度，还存在相关的随机漂移和测量白噪声；通过多个测量值之间的融合，实现对随机漂移和真实角速度的建模估计；选取真实角速度ω(t)和随机漂移b(t)作为状态量，则状态变量X(t)可表示为：

X(t)＝[b ω]^T,b＝[b₁ ... b_n]^T