[發明專利]高精度微機電組合慣導裝置

無效

• 申請號: 201310654228.8
• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN103644914A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 梁保山
• 申請（專利權）人: 梁保山
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18;G01S19/49
• 代理公司: 青島海昊知識產權事務所有限公司 37201
• 代理人: 張中南

技術領域

本發明涉及導航控制領域的載體位置和姿態測量裝置，特別涉及微機電組合慣導裝置。

背景技術

目前，高精度GPS組合慣導系統主要用于航天、航空和航海等資金雄厚的行業，然而導彈、無人機、制導炸彈等都對組合慣導系統有巨大的需求，組合慣導系統在車輛導航等民用領域也有廣闊的市場。現有的高精度GPS組合慣導系統由角速度傳感器、加速度傳感器、GPS接收模塊、模數轉換模塊和數字信號處理器組成，其中的角速度傳感器必須采用高精度的撓性陀螺、光纖陀螺或激光陀螺等非微機電陀螺，加速度傳感器必須采用高精度的撓性加速度計等非微機電加速度計，這些非微機電慣性傳感器的優點是精度高；模數轉換模塊和GPS接收模塊輸出的數字信號都送到數字信號處理器進行比較簡單的解算，對數字信號處理器的運算速度雖然沒有過高的要求，就可以輸出載體的位置和姿態等導航信息，但是缺點是所有的角速度傳感器和加速度傳感器輸出的模擬量都連接到同一個模數轉換模塊，分時復用，實時性較差；關鍵是由于現有的組合慣導系統由于導航信息經過積分而產生，定位誤差隨時間而增大，長期精度差；而且每次使用之前需要較長的初始對準時間；并且設備的價格高，大大限制了其使用范圍和空間；又因其體積較大，安裝復雜，又限制了其在小型系統的應用。例如，組合導航系統的精度要達到如下常用技術指標：橫滾角誤差（1δ）<0.3°，俯仰角誤差（1δ）<0.4°，航向角誤差（1δ）<0.5°，如果采用靜態漂移0.5°/h的三軸撓性陀螺價格在六萬元以上，其最小分辨率為2×10^-4m/s²的加速度計三軸總價在三萬元以上，該精度指標的單套組合導航系統的成本達10萬元以上，重量不低于2千克，體積不小于8000cm³。

發明內容

本發明的目的是提供一種體積小、重量輕、實時性好、低成本、高精度的微機電組合慣導裝置，以彌補原有GPS組合慣導系統或裝置的不足。

本發明通過下述方案實現：本發明包括一個GPS接收模塊、由X、Y、Z軸微機械陀螺（即三軸微機械陀螺稱為微機械陀螺）組成的角速度傳感器、由X、Y、Z軸微機械加速度計（即三軸微機械加速度計稱為微機械加速度計）組成的加速度傳感器與相連的低通濾波器、高速模數轉換模塊（A/D）、和含軟件程序的數字信號處理器（DSP）及相應的殼體與電源，其特征是它還包括一個現場可編程門陣列（FPGA），而且X、Y、Z軸微機械陀螺都分別經各自的一個低通濾波器連接到相應的高速模數轉換模塊上，X、Y、Z軸微機械加速度計都分別經各自的一個低通濾波器連接到相應的單獨的高速模數轉換模塊上，且皆分別與現場可編程門陣列（FPGA）連接。現場可編程門陣列可編程定制為多個通信接口和數字濾波器，內部各項功能并行完成。

上述GPS接收模塊直接和現場可編程門陣列連接，即通過其自身的RS422串行接口以單獨的信號通道分別與現場可編程門陣列（FPGA）連接，充分利用了現場可編程門陣列，使各路數據高速并行采集，實時性得到保障。

考慮到消除溫漂對精度的嚴重影響，采用通常的溫度控制器，使角速度傳感器和加速度傳感器這些慣性器件工作在恒溫環境。

本發明相對于現有技術具有如下的優點和效果：（1）由于微機電器件具有體積小、重量輕、功耗低、諧振頻率高、響應快等特點，使得采用這些器件的本發明同樣具有上述優點。（2）本發明成本低、維護方便，可以廣泛應用于無人機、直升機、輕型飛機、載荷投擲、地面導航等領域。

附圖說明

圖1是本發明的總體結構的基本連接示意圖。

圖2是本發明中的現場可編程門陣列的具體定制的內部功能結構示意圖。

其中，1、現場可編程門陣列??2、數字信號處理器??3、X軸微機械陀螺4、Y軸微機械陀螺??5、Z軸微機械陀螺??6、X軸加速度計??7、Y軸加速度計8、Z軸加速度計??9、GPS接收模塊??10、溫度控制器??11-16、低通濾波器17-22、高速模數轉換模塊??23-28、SPI接口??29、RS422接口??30-35、IIR數字濾波器??36、雙端口存儲器??37、電源。

具體實施方式