[發明專利]一種基于MEMS旋轉技術的尋北系統及方法

有效

• 申請號: 201310265309.9
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN103344226A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 張玲;賴際舟;呂品;吳奇;曾慶化;李榮冰
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01C19/00
• 分類號: G01C19/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

技術領域

本發明公開了一種基于MEMS旋轉技術的尋北系統及其對應的尋北方法，涉及慣性技術領域。

背景技術

尋北是建立真北方向的技術，目前高精度的尋北方法主要有慣性法、天文觀測法、大地測量法、衛星定位法、參照物法等多種尋北方法。但是，在一些有遮擋的復雜地形和天侯等條件下，天文觀測法、大地測量法、衛星定位法和參照物法都會受到不同程度的制約，難于實現高精度的尋北功能。相比較而言，慣性法才能夠不受自然條件、環境的干擾，獨立完成尋北任務，具有連續工作時間長、精度高等特點，是常用的尋北方式。

一般地，基于慣性法的尋北系統，其組成部件主要有陀螺、加速度計、I/F轉換電路、直流電源等，通過測量當地地理水平面上地球轉速分量的方法，推算當地真北方向，因此，陀螺是系統的關鍵部件。在不同的時期，尋北儀的研制與陀螺的發展密切相關，目前常用的陀螺有液浮陀螺、動力調諧陀螺、靜電陀螺、光纖陀螺等，精度較高，但是體積和成本也很高。而MEMS陀螺雖然精度低，但是體積和成本很小，可以作為尋北系統的研制方向。

為了實現提高系統精度的同時，壓低成本，國內外專家學者都著手研究新型的慣性導航系統，即基于旋轉調制技術的慣性導航系統。這種旋轉調制技術能夠通過規則、周期運動改變慣性組件的信息輸出，實現提高系統精度的目標。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是設計一種基于MEMS旋轉技術的尋北系統及其對應的尋北算法，將旋轉調制技術應用與MEMS尋北系統中，結合旋轉調制技術本身的優點，改善MEMS器件精度低的弊端，研制小體積、低成本、高精度的旋轉的MEMS尋北系統。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種基于MEMS旋轉技術的尋北系統，包括導航模塊和轉臺模塊，

所述導航模塊包括：MEMS組件、MEMS數據采集模塊、導航計算機；

所述轉臺模塊包括：轉動臺面、轉臺微控制器、電機驅動模塊、電機、測角模塊、測角元件信號調理電路、導電滑環；

MEMS組件設置在轉動臺面上，MEMS數據采集模塊檢測MEMS組件的初始方向信息，傳輸給導航計算機；電機驅動模塊與MEMS數據采集模塊相連接，接受MEMS數據采集模塊的數據反饋；

轉動臺面的轉軸處設置導電滑環，測角模塊通過導電滑環采集轉動臺面的轉角數據，轉角數據經過測角元件信號調理電路傳輸至導航計算機；

導航計算機處理接收到的轉動臺面的轉角數據和MEMS數據采集模塊采集到的MEMS組件的初始方向信息，經過尋北解算發送控制信號至轉臺微控制器，轉臺微控制器將控制信號傳輸至電機驅動模塊，電機驅動模塊控制電機轉動，進而帶動固定在電機上的轉動臺面轉動，將MEMS組件轉動至真北方向。

進一步的，所述MEMS組件為三個正交安裝的陀螺和三個正交安裝的加速度計。

與所述基于MEMS旋轉技術的尋北系統所對應的尋北算法具體如下：

（1）建立陀螺的等效輸出模型：