[發明專利]一種基于多面體式陣列結構的微慣性姿態測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202011451203.4
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112729280B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 楊英東;吳玉尚;劉世萱;陳世哲
• 申請（專利權）人: 山東省科學院海洋儀器儀表研究所
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C25/00
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247
• 代理人: 馬千會

本發明屬于捷聯慣性導航技術領域，具體涉及一種微慣性姿態測量裝置及方法。一種基于多面體式陣列結構的微慣性姿態測量裝置，包括微測量單元，所述微測量單元至少包括三個三軸加速度計；所述三個三軸加速度計分別呈20～70°空間夾角布置，并且相互之間的夾角角度相等。本發明設計的微慣性姿態測量裝置，結構原理是將三個三軸加速度計分別按照傾斜20～70°的空間夾角布置，這樣針對空間內的隨機運動，在三維空間里保證至少會有一個面上的三軸加速度計不會因為運動軸上的加速度相對于其他軸權重過小，而導致難以辨識載體運動中的小幅漸變加速度，進而引起姿態計算誤差過大的現象，這樣同時也能夠及時的捕捉到重力加速度所測定的水平面。

技術領域

本發明屬于捷聯慣性導航技術領域，具體涉及一種微慣性姿態測量裝置及方法。

背景技術

在基于微慣性測量單元(MIMU)的航姿參考系統(AHRS)研究中，目前針對運動加速度的干擾以及分離方法，通常是利用加速度計測量值與重力加速度的比較這一基本過程來計算加速度計測量中的運動干擾，從而放大或縮小濾波器中的噪聲協方差矩陣，以此達到抑制運動干擾的目的。由于重力加速度在三軸加速度計中的分布通常是不均勻的，權重過小的運動軸上的運動加速度無法在比較中被敏感的表現出來，同時低成本的微慣性陀螺儀不同于高端的光纖或是激光陀螺儀，誤差累積的過程非常迅速，使得航姿參考系統短時間內完整準確的辨識和分離小幅漸變加速運動變得十分困難。

發明內容

本發明的目的是解決微慣性測量單元在姿態解算的過程中面對小幅漸變加速度干擾難以準確的辨識和分離，從而影響載體運動姿態測量精度的問題，提供一種基于多面體陣列結構的微慣性姿態測量裝置及方法，可以平衡重力加速度在各個加速度計上的投影，準確捕捉小幅漸變加速度的運動過程，同時在融合濾波方法上采用分立式多階卡爾曼濾波結構，避免線性化觀測方程，準確估計運動誤差模型，保證系統穩定可靠運行。

為了實現上述目的，本發明采用的其中一種技術方案是：一種多面體式陣列結構的微慣性姿態測量裝置，包括微測量單元，所述微測量單元至少包括三個三軸加速度計；所述三個三軸加速度計分別呈20～70°空間夾角布置，并且相互之間的夾角角度相等。

作為本發明的一種優選方式，其中一個三軸加速度計位于水平面上，其他兩個三軸加速度計位于與所述水平面相交的斜面上。

作為本發明的一種優選方式，所述的微測量單元還包括三軸陀螺儀。

進一步優選地，所述的微測量單元還包括三軸磁強計。

進一步優選地，所述的微測量單元還包括電路板。

進一步優選地，所述的裝置還包括處理器控制單元，所述的微測量單元與所述的處理器控制單元連接。

作為本發明的一種優選方式，所述的裝置還包括多面體臺體結構，所述多面體臺體結構至少有兩個相鄰側面的夾角、以及該兩個側面與其中一個底面的夾角為20～70°，且相互之間的夾角角度相等；三個三軸加速度計分別安裝在所述多面體臺體結構的相鄰兩個側面及其中一個底面上。

本發明還提供了一種基于多面體式陣列結構的微慣性姿態測量方法，包括：

(1)利用基于多面體式陣列結構的微慣性姿態測量裝置，獲得原始測量數據，并對原始數據進行校正；

(2)根據校正后的測量數據，采用兩個分立的卡爾曼濾波器實時計算出狀態量和

(3)對狀態量和進行計算，獲得姿態數據。

進一步優選地，所述兩個分立的卡爾曼濾波器模型為：

其中，

分別是三軸陀螺儀校準后的測量值；