[發明專利]一種姿態航向參考系統

有效

• 申請號: 201410052409.8
• 申請日: 2014-02-17
• 公開（公告）號: CN103776448B
• 公開（公告）日: 2016-08-31
• 發明（設計）人: 劉超軍;余帥;張生志;袁學兵
• 申請（專利權）人: 武漢元生創新科技有限公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 方可

技術領域

本發明屬于導航、制導與控制技術領域，更具體地，涉及一種姿態航向參考系統。

背景技術

姿態航向參考系統（Attitude?and?Heading?Reference?System，AHRS），主要由三軸角速度傳感器、三軸線加速度傳感器、三軸磁傳感器和微處理器組成，微處理器對所有傳感器件采集到的數據進行解算和融合，得到所附運載體的空間姿態和航向信息，即俯仰角、橫滾角和航向角。姿態和航向信息是導航和控制過程中的關鍵信息，在載入姿態航向參考系統所附運載體的俯仰角、橫滾角和航向角后，可以進而推導出運載體的速度、位置和運動軌跡。因此，姿態航向參考系統在航天器、導彈、車輛的導航以及衛星、機器人、平臺的姿態控制等領域有著廣泛的應用。

根據慣性導航系統技術，為了保證姿態航向參考系統處理得到的姿態和航向信息的準確性，上述三類傳感器件的敏感軸X、Y、Z軸必須分別平行且相互之間必須正交，為了滿足此條件，一般需要特定的裝置來安裝固定角速度傳感器、線加速度傳感器及磁傳感器。在現有技術中，通常是先加工制作一個具有正交結構的框架或基座，再將角速度傳感器、線加速度傳感器及磁傳感器安裝固定在框架或基座的不同面上。

如專利號為CN200610011562.1的中國發明申請專利《一種輕小型慣性測量單元》：采用微機電系統（micro-electro-mechanical?system，MEMS）慣性器件，配合必要元器件構成x向、y向、z向三塊慣性器件板，由信號處理電路板進行信號轉換，所有電路板安裝在“T”形空心架上；“T”形空心架是一個由主金屬框和輔金屬框結合形成的具有正交結構的框架，采用低密度、高強度材料的鋁合金或鈦合金制成；三塊不同的慣性器件板上均有微型陀螺儀、微型加速度計和接插件，且三塊板上的微型加速度計的位置分布各不相同；當一塊信號處理電路板無法實現全部信號轉換功能時，需要增加額外的信號處理電路板。這種方法需要使用多塊不同的印制電路板，增加了整個系統的制作成本和周期；所有的印制電路板均通過螺栓配合螺母的方式安裝固定在“T”形金屬框架上，安裝工序多，且易引入較大的安裝誤差；使用輔助裝置“T”形金屬框架來提供正交結構，增加了系統的加工制作成本，同時增加了系統的重量，不利于系統輕型化的發展。

再如專利號為CN200710063635.6的中國發明申請專利《一種隱式結構微型慣性測量單元》：按照一定垂直度、平面度和光潔度的要求，采用合成陶瓷材料加工一正方體基座；利用具有一定光潔度的合成陶瓷材料表面可電鍍電路的特點，根據加速度計和陀螺的封裝、電路原理圖及安裝要求，在基座表面電鍍電路并附著焊盤；把加速度計和陀螺直接焊接在基座互相垂直的面上，以保證三個敏感方向的加速度計和陀螺相互垂直。這種方法需要進行多次電鍍工序將電路和焊盤電鍍在正方體陶瓷基座的不同表面上，制作工序復雜、周期長；使用正方體陶瓷基座來提供正交結構，不利于系統輕型化的發展，而且基座表面可利用的空間有限，當增加器件數量的時候，需要增大正方體基座的體積；此外，使用合成陶瓷材料加工正方體基座，成本較高。

再如專利號為CN201110299117.0的中國發明申請專利《一種基于三維立體封裝技術的微型姿態航向參考系統》：包括有位于內核的三維空間集成基座，且該三維空間集成基座為六面體；三維空間集成基座外表面緊覆有多層剛柔結合板；多層剛柔結合板一面內配有微處理器，另外五面分別配裝有三個單軸陀螺儀、一個三軸加速度計和一個三軸磁傳感器；三維空間集成基座一面制有主器件槽，且微處理器嵌入于該主器件槽內；三維空間集成基座每面四角處均插配有定位螺釘，且定位螺釘還與多層剛柔結合板對應處穿插緊配。這種方法使用剛柔結合板，在六塊剛性印制電路板之間進行多次柔性連接，制作工序復雜、周期長、成本高；剛柔結合板通過定位螺釘安裝固定在三維空間集成基座上，安裝工序多，且易引入安裝誤差；使用三維空間集成基座提供正交結構，同樣不利于系統輕型化的發展。

綜上所述，由于使用了具有正交結構的框架或基座，現有技術主要存在以下缺點：

（1）使用框架或基座來提供正交結構，增加了姿態航向參考系統的重量，不利于系統輕型化的發展；

（2）加工制作具有正交結構的框架或基座，增加了姿態航向參考系統的制作成本；

（3）需要設計制作不同的印制電路板、或不同的電鍍電路、或結構特殊的剛柔結合板，從而使傳感器件位于正交框架或基座的不同面上，制作工序復雜、周期長、成本高；