[發明專利]一種機載雙光纖IMU/DGPS組合相對形變姿態測量裝置

有效

• 申請號: 201110384362.1
• 申請日: 2011-11-28
• 公開（公告）號: CN102506871A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 蘆佳振;張春熹;葉勉;梁東旭
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24;G01S19/41
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

1.一種機載雙光纖IMU/DGPS組合相對形變姿態測量裝置，其特征在于：包括主慣性組件、從慣性組件、DGPS接收機與上層控制系統；

其中，主慣性組件位于載體艙內，從慣性組件位于載體艙外；主慣性組件與從慣性組件結構相同，均包括三軸光纖陀螺儀、三軸石英撓性加速度計、二次電源、I/O接口電路，I/F信號轉換電路與導航計算機；

其中，三軸光纖陀螺儀用來測量慣性組件自身所在載體位置上x、y、z三個軸向上的轉動角速度信號，并通過I/O接口電路發送給導航計算機；

所述三軸石英撓性加速度計用來測量慣性組件自身所在載體位置上x、y、z三個軸向上的加速度信號，經過I/F信號轉換電路轉換為加速度脈沖信號，通過I/O接口電路發送給導航計算機；

所述二次電源用來將外部電源電壓轉換成慣性組件所需要的電壓；

在主慣性組件與從慣性組件中的三軸光纖陀螺儀中每個光纖陀螺上，以及三軸石英撓性加速度計中每個加速度計上均安裝有溫度傳感器，用來實時獲取主慣性組件與從慣性組件x、y、z三個軸向上的溫度信息，并發送給導航計算機；

帶有差分功能的DGPS接收機用來測量載體的高精度位置、速度信息，通過I/O接口電路發送給導航計算機；

所述導航計算機用來接收為基于FPGA+DSP的組合導航計算機，其中，FPGA用來接收慣性組件所在位置三個軸向上的轉動角速度信號與加速度脈沖信號，與慣性組件中各個溫度傳感器發送的溫度信號，以及DGPS測得的載體的高精度位置、速度信息，并將其中的轉動角速度信號、加速度脈沖信號與溫度信號發送給DSP；DSP根據接收到的溫度信號對接收到的轉動角速度信號、加速度脈沖信號進行溫度補償與標定補償后，與DGPS測得的載體的高精度位置、速度信息一同通過UART發送給上層控制系統；

上層控制系統包含串口通信單元、相對姿態解算單元和人機交互界面；其中，串口通信模塊用來采集導航計算機發送的經過溫度補償與標定補償后的轉動角速度信號、加速度脈沖信號，與DGPS測得的載體的高精度位置、速度信息，并進行緩存，以備后續調用；

相對姿態解算單元包括慣性組件導航解算模塊與相對姿態解算模塊。其中，慣性組件導航解算模塊通過查詢DGPS更新標志變量的數值是否發生改變來判斷DGPS信息的更新，從而控制主慣導系統與從慣導系統的工作模式，包括三種工作模式，分別為純慣性模式、IMU/DGPS組合模式和主慣性組件/從慣性組件組合模式；在DGPS信息更新后的下一個解算時刻，慣性組件導航解算模控制主慣性組件與從慣性組件均工作在IMU/DGPS組合模式下，并由串口通信單元中調用DGPS測得的載體高精度位置、速度信息，分別對主慣性組件與從慣性組件的轉動角速度信號、加速度脈沖信號進行濾波修正，并發送給姿態結算模塊。在DGPS信息丟失或未更新的情況下，由于慣性組件導航解算模塊無法對主慣性組件與從慣性組件的轉動角速度信號、加速度脈沖信號進行濾波修正，因此慣性組件導航解算模塊控制慣性組件導航解算模塊，控制主慣性組件工作在純慣性模式，從慣導工作在主慣性組件/從慣性組件組合模式，由此通過精度較高的主慣性組件的轉動角速度信號、加速度脈沖信號修正從慣性組件的轉動角速度信號、加速度脈沖信號，并發送給相對姿態解算模塊；

相對姿態解算模塊根據獲得的經濾波修正后的主慣行組件與從慣性組件的轉動角速度信號、加速度脈沖信號，分別對主慣性組件與從慣性組件各自進行的導航解算，得到主慣性組件與從慣性組件各自的位置、速度和姿態信息，保存并輸出到人機交互界面進行顯示；然后根據主慣性組件與從慣性組件的姿態信息得到主慣性組件與從慣性組件間的相對姿態矩陣，并對相對姿態矩陣進行解算，得到主慣性組件與從慣性組件間相對姿態值，并對其進行保存并輸出給人機交互界面進行顯示。

2.如權利要求1所述一種機載雙光纖IMU/DGPS組合相對形變姿態測量裝置，其特征在于：所述主慣性組件與從慣性組件均設置在安裝托架上。

3.如權利要求1所述一種機載雙光纖IMU/DGPS組合相對形變姿態測量裝置，其特征在于：所述三軸光纖陀螺儀三軸上的光纖陀螺共用一只SLD光源。

4.如權利要求1所述一種機載雙光纖IMU/DGPS組合相對形變姿態測量裝置，其特征在于：所述三軸光纖陀螺儀中，光路和電路各自獨立封裝。

5.如權利要求1所述一種機載雙光纖IMU/DGPS組合相對形變姿態測量裝置，其特征在于：所述DGPS接收機信息更新頻率為1Hz，解算頻率為50Hz。