[發(fā)明專利]一種基于微機(jī)械陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010159706.4
• 申請日: 2010-04-23
• 公開（公告）號: CN102235862A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丑武勝;丁俐;丁文武
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于微機(jī)械陀螺和半導(dǎo)體微加速度計(jì)的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，可以用于測量載體的旋轉(zhuǎn)角速度和加速度，并可通過相應(yīng)的算法得到計(jì)算出載體的姿態(tài)和位置，特別是一種小體積、低成本的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。

背景技術(shù)

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)是一種自主式導(dǎo)航系統(tǒng)。它是依靠測量載體(導(dǎo)彈、汽車、飛機(jī)等)本身的加速度和角速度來推算載體的瞬時速度、位置，以及載體的航向姿態(tài)的。所以，組成慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的慣性器件都被安裝在載體內(nèi)部，工作時不依靠任何外部信息，也不向外輻射能量。因此，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)隱蔽性好，自主性強(qiáng)、不易受到干擾、工作不受天氣條件的限制。隨著陀螺技術(shù)的發(fā)展，捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)因其相對于平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具有小體積、低成本的優(yōu)勢而得到迅速發(fā)展，也在航空航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

現(xiàn)代運(yùn)用越來越強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的低成本和小體積，這對慣性導(dǎo)航裝置提出了更高的要求，傳統(tǒng)的慣導(dǎo)裝置大多采用機(jī)械式慣性器件，其中平臺式慣性導(dǎo)航體積大、重量大、價格昂貴；現(xiàn)在相對成熟的機(jī)械陀螺捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航裝置，由于傳統(tǒng)機(jī)械陀螺的體積較大而不能滿足小型化要求；目前，國內(nèi)研究的激光陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航裝置和光纖陀螺慣性導(dǎo)航裝置，也同樣存在著體積大、重量大的問題，不能滿足小型化需要。故以上傳統(tǒng)的慣性導(dǎo)航裝置和現(xiàn)有的激光陀螺、光纖陀螺慣性導(dǎo)航裝置不能滿足現(xiàn)代運(yùn)用對于產(chǎn)品低成本，小型化的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷，設(shè)計(jì)一種重量輕、體積小、成本低、動態(tài)范圍大、穩(wěn)定性高的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種基于微機(jī)械陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航裝置由X軸微機(jī)械陀螺、Y軸微機(jī)械機(jī)陀螺和Z軸微機(jī)械陀螺、三軸半導(dǎo)體微加速度計(jì)、信號采集電路、數(shù)據(jù)處理電路組成。數(shù)據(jù)處理電路通過排針層疊固聯(lián)在信號采集電路之上，這也構(gòu)成了慣性導(dǎo)航裝置的基本機(jī)械骨架，數(shù)據(jù)處理電路通過信號線與信號采集電路的輸出端子相連。Z軸微機(jī)械陀螺固定安裝在信號采集電路上，Y軸和Z軸微機(jī)械陀螺通過排針垂直固定在信號采集電路上，三個陀螺的敏感軸相互正交，構(gòu)成了該慣性導(dǎo)航裝置的測量坐標(biāo)系。三軸半導(dǎo)體微加速度計(jì)固定安裝與信號采集電路。通過信號線，信號采集電路與陀螺、加速度計(jì)的輸出端子相連。

所述的三軸半導(dǎo)體微加速度計(jì)能夠同時測量載體在X、Y、Z軸三個方向上的加速度，加速度計(jì)及其外圍電路焊接固定與信號采集電路上，通過導(dǎo)線輸出信號給信號采集電路。

所述的信號采集電路主要完成對X軸微機(jī)械陀螺、Y軸微機(jī)械機(jī)陀螺和Z軸微機(jī)械陀螺以及三軸半導(dǎo)體微加速度計(jì)的輸出信號的采樣，采用單極輸入，增益放大處理，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)字濾波，得到高精度采集數(shù)據(jù)。該電路共采集6路模擬信號，分別為：三路陀螺信號、三路加速度計(jì)信號。

所述的數(shù)據(jù)處理模塊主要完成對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的控制，以及的對采集的陀螺和加速度計(jì)的信號的處理和結(jié)算，從而得到導(dǎo)航信息。

本發(fā)明所述的微機(jī)械陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航裝置，采用小體積微機(jī)械陀螺和三軸半導(dǎo)體微加速度計(jì)作為慣性敏感元件，克服了傳統(tǒng)傳統(tǒng)陀螺慣性器件體積大，成本高的缺點(diǎn)；通過結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用了數(shù)據(jù)處理電路和信號采集電路的層疊固聯(lián)設(shè)計(jì)思路，有效的利用了空間，進(jìn)一步減小了裝置的體積和質(zhì)量。

本發(fā)明的有益效果：(1)采用小體積的微機(jī)械陀螺和三軸半導(dǎo)體微加速度計(jì)作為慣性敏感元件，既減小了慣性導(dǎo)航裝置的體積，保證了測量精度和設(shè)計(jì)的簡潔性；(2)通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用了數(shù)據(jù)處理電路和信號采集電路的層疊固聯(lián)設(shè)計(jì)思路，有效的利用了空間，進(jìn)一步減小了裝置的體積和質(zhì)量；(3)采用了三軸半導(dǎo)體微加速度計(jì)，有效的保證了系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)的簡潔性和穩(wěn)定性；(4)采用Ti公司成產(chǎn)的24位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADS1256作為數(shù)據(jù)采集芯片，該芯片由四階Δ-∑調(diào)制器和一個可編程數(shù)字濾波器組成，具有高達(dá)23比特?zé)o噪聲精度，數(shù)據(jù)采樣率最高可達(dá)30ksps(30000次采樣每秒)，可配置為8路單極輸入或4路差動輸入或單極差動混合輸入方式，正常模式下僅有38mW微功耗，易得到高精度慣性器件數(shù)據(jù)，同時保證了系統(tǒng)的低功耗控制。(4)電路中留用擴(kuò)展接口，供GPS和電子羅盤等模塊的擴(kuò)展，系統(tǒng)可升級為組合導(dǎo)航系統(tǒng)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的一種基于微機(jī)械陀螺捷聯(lián)慣性導(dǎo)航裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集和處理結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的信號采集電路原理圖。