[發明專利]MEMS復合量程三軸姿態解算裝置及解算方法

在審

• 申請號: 201810164746.4
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN110160521A
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 侯卓;袁唐杰;張志杰;孟祥濤
• 申請（專利權）人: 北京興承科技有限公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務所(普通合伙) 11548
• 代理人: 李靜

發明涉及一種MEMS復合量程三軸姿態解算裝置及解算方法，該裝置包括：用于采集被測點在三個軸向上的原始加速度信息的加速度傳感器信號調理模塊，和用于將加速度傳感器信號調理模塊的輸出信號進行實時解算處理的姿態解算模塊。本發明基于MEMS電容式加速度傳感器組，在沒有額外增加布置速度傳感器以及位移傳感器的情況下，通過分別對被測點原始線加速度數據的一次積分、二次積分，最終得到該被測點的速度數據、位移數據。成功實現了對飛行器或航行器等物體進行空間坐標X、Y、Z三軸向線加速度、速度和位移進行同步測量，滿足多元數據庫建立的實時性要求。

技術領域

本發明涉及加速度測量技術領域，具體而言，本發明涉及一種MEMS復合量程三軸姿態解算裝置及解算方法。

背景技術

加速度測量是工程技術提出的重要課題。當物體具有很大的加速度時，物體及其所載的儀器設備和其它無相對加速度的物體均受到能產生同樣大的加速度的力，即受到動載荷。欲知動載荷就要測出加速度。其次，要知道各瞬時飛機、火箭和艦艇所在的空間位置，可通過慣性導航連續地測出其加速度，然后經過積分運算得到速度分量，再次積分得到一個方向的位置坐標信號，而三個坐標方向的儀器測量結果就綜合出運動曲線并給出每瞬時航行器所在的空間位置。

通常情況下，由于壓電式加速度傳感器無法從零頻開始測量，所以對于航行器等物體線加速度的獲取，一般采用壓阻式加速度傳感器或者電容式加速度傳感器。需要特別注意的是，在沒有另外布置速度傳感器以及位移傳感器的情況下，如果希望得到航行器等物體的速度和位移等動態參數信息，只能通過對線加速度數據進行二次處理來實現，在某些應用場合，無法滿足多元數據庫建立的實時性要求。如果同時配置線加速度傳感器、速度傳感器以及位移傳感器，帶來的問題會更多也更復雜。具體的，由于三種關鍵動態參數產生源不同，并且在敏感原理、電路設計、器件選用等環節存在差異，最終在測量精度和準確度、系統功耗、數據同步性、時空利用率等方面帶來更多的成本投入。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的上述缺陷和問題，提出一種MEMS復合量程三軸姿態解算裝置及解算方法，解決了在某些應用場合，現有的加速度傳感器無法滿足多元數據庫建立的實時性要求的技術問題。

本發明技術方案如下：

本發明的實施例根據一個方面，提供了一種MEMS復合量程三軸姿態解算裝置，包括：用于采集被測點在三個軸向上的原始加速度信息的加速度傳感器信號調理模塊和用于將所述加速度傳感器信號調理模塊的輸出信號進行實時解算處理的姿態解算模塊；

所述加速度傳感器信號調理模塊包括MEMS電容式加速度傳感器組和混合信號ASIC，以及分別與MEMS電容式加速度傳感器組和混合信號ASIC相電連接的功率二次調節電源；

所述姿態解算模塊包括A/D模數轉換模塊和微積分解算單元，以及分別與A/D模數轉換模塊和微積分解算單元相電連接的功率二次調節電源。

進一步地，所述混合信號ASIC的輸入端接收來自MEMS電容式加速度傳感器組的輸出信號，輸出端電連接所述A/D模數轉換模塊的輸入端，

所述A/D模數轉換模塊的輸出端與所述微積分解算單元的輸入端電連接，且所述A/D模數轉換模塊用于將表征三軸中任一軸向原始加速度的原始模擬信號轉換為數字信號輸出；

所述三軸包括X軸、Y軸和Z軸。

進一步地，所述微積分解算單元的輸出端與配置于所述姿態解算模塊外部的數據接收裝置電連接；且

所述微積分解算單元用于對A/D模數轉換模塊輸出的表征三軸中任一軸向原始加速度的數字信號進行預設時間段內的一次和/或二次積分運算；

所述三軸包括X軸、Y軸和Z軸。

優選地，所述原始加速度包括原始線加速度。