[發(fā)明專利]一種微型慣性測量系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510277044.3
• 申請日: 2010-12-06
• 公開（公告）號: CN104964687B
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪滔
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 張成新

本發(fā)明涉及一種微型慣性測量系統(tǒng)，包括殼體、傳感組件以及減振器，其中，所述傳感組件包括剛性傳感支架、裝于所述傳感支架上的測控電路板、以及設(shè)于所述測控電路板上的慣性傳感器；所述慣性傳感器包括陀螺儀和加速度計；所述傳感組件裝于所述殼體內(nèi)；所述減振器裝于所述殼體內(nèi)并設(shè)于所述傳感組件與殼體內(nèi)壁之間的空隙中。通過上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明微型慣性測量系統(tǒng)的抗噪能力可大幅度提高，并可大幅度縮小慣性測量單元體積和重量。

本申請為在先申請(申請日：2010年12月6日，申請?zhí)枺?01080068428.X，發(fā)明名稱：一種微型慣性測量系統(tǒng))的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于無人機等運載體中的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航技術(shù)，尤其是涉及一種用于捷聯(lián)慣性導(dǎo)航中的微型慣性測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航是當今迅速發(fā)展的一種先進導(dǎo)航技術(shù)。它利用直接固連在運載體上的陀螺儀、加速度計等慣性元件測量出運載體相對于慣性參考系的加速度，按照牛頓慣性原理進行積分運算，獲得導(dǎo)航坐標系下的速度、姿態(tài)角和位置信息，引導(dǎo)運載體從起始點駛向目的地。捷聯(lián)慣性導(dǎo)航技術(shù)利用控制計算機將陀螺儀、加速度計測得的數(shù)據(jù)進行坐標變換、求解微分方程等數(shù)學運算，從姿態(tài)矩陣的元素中提取姿態(tài)和航向數(shù)據(jù)，實現(xiàn)導(dǎo)航任務(wù)。捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)利用隨時更新的捷聯(lián)矩陣等數(shù)據(jù)建立“數(shù)學平臺”，取代傳統(tǒng)的機電式導(dǎo)航平臺，從而大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)的體積和成本大幅度降低，慣性元件便于安裝維護；此外，捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)不依賴外部系統(tǒng)支持，自主獲得姿態(tài)、速度和位置信息，也不向外界輻射任何信息，具有實時自主，不受干擾，不受地域、時間、氣候條件限制，以及輸出參數(shù)全面等優(yōu)點，被廣泛于航空、航海、交通等多種領(lǐng)域。

捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)通常由一個慣性測量系統(tǒng)、一個控制計算機、控制顯示器和相關(guān)支持部件構(gòu)成。其核心部件慣性測量系統(tǒng)裝有陀螺儀和加速度計。慣性測量系統(tǒng)的工作原理是：陀螺儀檢測運載體三軸角速率，加速度計檢測航行器沿著三軸運動的線性加速度，控制計算機將陀螺儀所測的角速率信號對時間積分運算，推算出瞬時航向、傾角等航行姿態(tài)信息，利用加速度計測得的加速度信號，對時間積分運算，推算出瞬時航行速度信息；進行二次積分，即可推算該時段內(nèi)航行的距離和位置。

慣性測量系統(tǒng)及其姿態(tài)解算技術(shù)，是影響捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)性能的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。這是因為慣性測量及其姿態(tài)解算，是對運載體實施軌跡控制的前提，它的精度和效率直接影響導(dǎo)航的時效和精度；第二，慣性測量系統(tǒng)要在嚴酷的氣動環(huán)境中直接承受振動、沖擊和角運動，引發(fā)諸多的失穩(wěn)和誤差效應(yīng)，成為捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中薄弱環(huán)節(jié)；第三，捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)面臨微型化、產(chǎn)業(yè)化方面的挑戰(zhàn)，特別是隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，要求采用中精度甚至低精度的微機電慣性元器件，到達低成本批量化生產(chǎn)捷聯(lián)慣性導(dǎo)航產(chǎn)品的目的。

當運載體趨于小型化、微型化時，其基礎(chǔ)質(zhì)量與常規(guī)運載體相比有大幅度減小，在航行動力環(huán)境中受到的激擾和隨機振動比常規(guī)載體更為劇烈，系統(tǒng)更不穩(wěn)定。慣性測量系統(tǒng)必須在力學結(jié)構(gòu)、減振設(shè)計，以及微型化工藝等方面提出針對性技術(shù)措施，克服導(dǎo)航不穩(wěn)，精度下降，甚至電子元器件使用壽命縮短的缺陷。

圖1是現(xiàn)有一種小型無人機捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中所用的慣性測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。其中采用緊固螺釘將傳感支架11緊固在殼體12內(nèi)部，再用由四個橡膠墊組成減振單元13，從底部將殼體固接在航行器上。傳感支架由三塊相互垂直的陀螺電路板111、112、113組成（參見圖2），上面分別安裝三個單軸陀螺儀111a、112a、113a。其中水平放置的陀螺電路板111為組合陀螺電路板，上面除了裝有陀螺111a以外，還裝有三軸加速度計111b。三個陀螺儀應(yīng)安裝于三個正交平面上，它們的敏感軸互相垂直，構(gòu)成測量正交坐標系；組合陀螺電路板111上三軸加速度計111b的測量軸與該電路板上的陀螺111a測量軸平行放置。組合陀螺電路板111通過接插件與調(diào)理電路板114及主處理器電路板115直接連接。