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专利名称：惯性姿态方位测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及测量装置，特别是惯性姿态方位测量装置。
背景技术：
姿态测量对于飞机、车辆等运动载体具有重要意义。针对微型飞行器等微小型系 统，目前主要有两种基于微机电传感器技术的简单惯性姿态测量方法。一是使用三轴正交陀螺仪/组，对测出的角速率进行积分运算，理论上能获取微 小型系统在任意运动状态下的三维姿态信息，但此时需要初始姿态基准作为递推运算中的 积分初值，同时因存在零点漂移而随时间增长不断积累误差，不能持续长时间工作。第二种 方法利用加速度计或倾角传感器，能测出微小型系统的横滚角和俯仰角，但它们无法区别 运动加速度和重力加速度，只适用于静止和勻速直线运动等平稳状态；在横滚角和俯仰角 已知的前提下，能确定三维磁传感器测量方向与当地水平面之间的坐标换算关系，从而求 出航向角。以上两种方法存在各自的使用缺陷，单独使用时应用面非常狭窄。对运动载体进行精确控制，除了精确的姿态信息外，还需要精确的定位信息。目前 运动物体的定位主要依靠GPS定位系统，该系统能精确测量经度和纬度，但其高度测量易 受GPS接收机观测卫星数的影响，波动较大。

实用新型内容本实用新型的目的是提供一种结构简单、成本低、信号完备、测量精度高的惯性姿 态方位测量装置。它集成三轴速率陀螺、三轴加速度计和三轴磁强计，利用传感器数据融合 技术来补偿简单惯性姿态测量系统的使用缺陷，同时提供重要的定位信息。在定位方面，利 用气压高度计来提供相对稳定的高度信息。本实用新型电路板由中央微处理器、姿态传感器、位置传感器、用户接口组成，姿 态传感器、位置传感器、用户接口分别与中央微处理器连接，电路板由减振胶圈固定在盒体 内。所述的姿态传感器由三轴速率陀螺、三轴加速度计和三轴磁强计组成。所述的位置传感器由气压高度计、GPS接收机和GPS天线组成。所述的中央微处理器自身带有模数转换器。三轴速率陀螺、三轴加速度计、三轴磁强计以及气压高度计分别与中央微处理器 自带的模数转换器连接。GPS接收机与中央微处理器相连。所述的中央微处理器型号为ARM Cortex-M30本实用新型的优点是结构简单、成本低、信号完备、测量精度高，减振作用好，应用 范围广。
图1为本实用新型测量装置的系统组成框图；图2为本实用新型电路板的结构示意图。图中1.姿态传感器1-1.三轴速率陀螺1-2.三轴加速度计1-3.三轴磁强 计2.位置传感器2-1.气压高度计2-2.GPS接收机2-3.GPS天线3.中央微处理器 3-1.模数转换器4.用户接口(RS232串口)
具体实施方式
本实用新型电路板由中央微处理器3、姿态传感器1、位置传感器2、用户接口 4组 成，姿态传感器1、位置传感器2、用户接口 4分别与中央微处理器3连接，电路板由减振胶 圈固定在盒体内。所述的姿态传感器1由三轴速率陀螺1-1、三轴加速度计1-2、三轴磁强计1-3组 成。所述的位置传感器2由气压高度计2-1和GPS接收机2-2、GPS天线2_3组成。所述的中央微处理器3自身带有模数转换器3-1。三轴速率陀螺1-1、三轴加速度计1-2、三轴磁强计1-3以及气压高度计2-1分别 与中央微处理器3自带的模数转换器3-1连接。GPS接收机2-2与中央微处理器3相连。所述的中央微处理器3型号为ARM Cortex-M30以本实用新型在固定翼航模上的应用为例，描述其工作过程如下1、系统安装根据本实用新型中的三轴速率陀螺1-1的安装位置标记x、y和z轴， 固定翼航模以其重心位置0为坐标原点建立三维坐标系，机头方向为X轴，右机翼方向为Y 轴，Z轴则垂直于X0Y平面，指向下方，与本实用新型配装。2、系统初始化1)设定三轴陀螺仪1-1的基准把本实用新型静置5秒钟，中央微处理器3读取 x、y和z三个轴向上的陀螺角速率数据，取其平均值作为相应轴向上的陀螺角速率基准；2)计算初始姿态在本实用新型静置的5秒钟内，中央微处理器3读取三轴加速 度计1-2的数据，取其三个轴向上的读数均值来计算固定翼航模的初始姿态；3) GPS首次定位GPS接收机2-2分析GPS天线2_3接收到的信号，得到经纬度、航 向、时间等信息，再把这些信息传送到中央微处理器3 ；中央微处理器3根据GPS接收机2-2 传来的数据进行相应处理，当接收机观测卫星数超过3颗星时，开始记录定位信息。3、正常工作1)三轴速率陀螺1-1测量三个正交轴向上的角速率，传给中央微处理器3，中央微 处理器3按四元数法求解出第一组三维姿态数据；2)同时，三轴加速度计1-2和三轴磁强计1-3分别测量三个正交轴向上的线加速 度和磁场强度数据，传给中央微处理器3，中央微处理器3按照这六个量相互之间的矩阵关 系，解算出第二组三维姿态数据；3)把两组三维姿态数据放进一个卡尔曼滤波器内进行数据融合，得出一组精确的 三维姿态数据；[0035]4)把得到的精确的三维姿态数据作为下一次姿态解算的初始数据。4、加减速或转弯运动改变卡曼滤波器噪声矩阵的参数，尽可能抑制加速度计测量数据的不良影响，按 照3的步骤来递推解算姿态。
权利要求惯性姿态方位测量装置，其特征是电路板由中央微处理器、姿态传感器、位置传感器和用户接口组成，姿态传感器、位置传感器、用户接口分别与中央微处理器连接，电路板由减振胶圈固定在盒体之中。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征是所述的姿态传感器由三轴速率陀螺、三 轴加速度计和三轴磁强计组成。
3.根据权利要求1所述的确定装置，其特征是所述的位置传感器由气压高度计、GPS 接收机和GPS天线组成。
4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征是所述的中央微处理器自身带有模数转 换器，模数转换器分别与三轴速率陀螺、三轴加速度计、三轴磁强计以及气压高度计连接。
5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征是所述的GPS接收机与所述的中央微处 理器相连。
6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征是所述的中央微处理器型号为 ARMCortex-M3。
专利摘要本实用新型公开了一种惯性姿态方位测量装置，其特征是电路板由中央微处理器、姿态传感器、位置传感器、用户接口组成，姿态传感器、位置传感器、用户接口分别与中央微处理器连接，电路板由减振胶圈固定在盒体之中。本实用新型的优点是结构简单、成本低、信号完备、测量精度高，减振作用好，应用范围广。
文档编号G01C21/28GK201561759SQ200920164740
公开日2010年8月25日 申请日期2009年10月18日 优先权日2009年10月18日
发明者尹雄师, 李全, 殷严刚, 魏承赟 申请人:魏承赟;尹雄师