组合式旋转调制微惯性导航系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种组合式旋转调制微惯性导航系统，包括旋转调制型微惯性组件和用于辅助所述旋转调制型微惯性组件测量的静态微惯性组件，所述静态微惯性组件固连在载体上，所述旋转调制型微惯性组件转动的设置于所述载体上。本实用新型专利技术通过设置静态微惯性组件和旋转调制型微惯性组件，在旋转调制型微惯性组件的基础上辅以静态微惯性组件，通过二者信息融合获得旋转调制型微惯性组件的旋转角速度及补偿旋转轴的零位误差，以提供准确的导航信息。

Combined rotary modulation micro inertial navigation system

The utility model provides a combined rotating modulation of micro inertial navigation system, including rotating modulation type micro inertial components and for the auxiliary static rotation modulation type micro inertial measurement components of micro inertial components, the static micro inertial components fixed on the carrier, the rotating modulation type micro inertial components rotation set on the carriers. The utility model is provided with static micro inertial components and rotating modulation type micro inertial components in rotating modulation based on micro inertial components with static micro inertial components, through the two information fusion of rotating modulation type micro zero error of inertial component rotational angular velocity and compensate the rotation axis, to provide accurate navigation information.

【技术实现步骤摘要】
组合式旋转调制微惯性导航系统
本技术涉及导航
，尤其涉及一种组合式旋转调制微惯性导航系统。
技术介绍
船舶、飞行器、AGV(AutomatedGuidedVehicle，自动导引运输车)等载体及行人在运动过程中需要配备导航装置以确认当前的位置和运动路径，其中运载体姿态测量主要依托陀螺仪和加速度计等传感器实现，现有的姿态测量装置主要包括大型的高精度导航装置和微型的低精度导航装置。以静电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺等为代表的高精度陀螺性能指标高，陀螺零偏稳定性优于0.01°/h，主要应用于舰船、飞机、潜艇等大型运载体导航、制导与控制系统中，但是其价格昂贵、体积庞大，成本相对较高。而微机械陀螺利用科里奥利力来敏感载体运动角速度，具有体积小、成本低、应用范围广等优点。但是其精度偏低，目前常用的微机械陀螺零偏稳定性处于100°/h量级，不能满足高精度导航的需要。
技术实现思路
本技术的主要目的在于提供一种组合式旋转调制微惯性导航系统，旨在解决现有微惯性导航装置精度低的问题。为实现上述目的，本技术提供一种组合式旋转调制微惯性导航系统，包括旋转调制型微惯性组件和静态微惯性组件，所述静态微惯性组件固连于载体上，所述旋转调制型微惯性组件转动的设置于所述载体上。优选的，所述旋转调制型微惯性组件在所述载体上单轴转动。优选的，还包括安装平台，所述旋转调制型微惯性组件固连于所述安装平台上，所述安装平台通过旋转轴设置于所述载体上，所述旋转轴与驱动电机相连，并在所述驱动电机的带动下转动。优选的，所述旋转轴的轴线沿所述载体的前后方向设置。优选的，所述静态微惯性组件包括三轴MEMS陀螺仪和三轴MEMS加速度计。优选的，所述旋转调制型微惯性组件包括三轴MEMS陀螺仪和三轴MEMS加速度计。优选的，所述三轴MEMS陀螺仪为ADIS16137型陀螺仪，所述三轴MEMS加速度计为ADXL195型加速度计。本技术实施例的技术方案通过设置静态微惯性组件和旋转调制型微惯性组件，在旋转调制型微惯性组件的基础上辅以静态微惯性组件，通过二者信息融合获得旋转调制型微惯性组件的旋转角速度及补偿旋转轴的零位误差，以提供准确的导航信息。附图说明图1是本技术实施例方案组合式旋转调制微惯性导航系统的结构示意图；图2为本技术组合式旋转调制微惯性导航方法方法一实施例的流程示意图；图3为图2中步骤S10的细化流程示意图；图4为现有技术惯性导航解算结果；图5为本技术实施例惯性导航解算结果。本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。本技术提供一种组合式旋转调制微惯性导航方法。在一实施例中，该组合式旋转调制微惯性导航方法基于一组合式旋转调制微惯性导航系统实现。在一实施例中，该组合式旋转调制微惯性导航系统包括两组传感器，一组是静态微惯性组件20，另一组是旋转调制型微惯性组件30。应当理解的是，本实施例的技术方案中，使用的均是公知意义上的微传感器，也称MEMS(MicroElectroMechanicalSystem)传感器，这种传感器具有体积小、成本低等优点，但是精度相对较低，例如目前常用的微机械陀螺零偏稳定性处于100°/h(漂移100度每小时)。在某些具体实施方式中，应用该组合式旋转调制微惯性导航方法为一无人机导航，即该组合式旋转调制微惯性导航系统的载体10为一无人机。在其他一些具体实施方式中，还可以是其他设备等。在一实施例中，该静态微惯性组件20和旋转调制型微惯性组件30均包括一个三轴MEMS陀螺仪和一个三轴MEMS加速度计，在一具体实施方式中，三轴MEMS陀螺仪选择了ADIS16137型陀螺仪，而三轴MEMS加速度计选择了ADXL195型加速度计，显然，在其他一些具体实施方式中，还可以选择其他型号的陀螺仪和加速度计。本实施例的技术方案中，静态微惯性组件20固定设置于载体10，也就是无人机上。该无人机上还设有一个可转动的安装平台，而旋转调制型微惯性组件30则设置于该安装平台上。在某些具体实施方式中，该安装平台通过一旋转轴设置于无人机上，而旋转轴与一电动机相连，并在电动机的带动下转动。所述安装平台上设置有所述旋转调制型微惯性组件30。如图1所示，以无人机飞行过程中机头的方向为y轴方向，在以垂直机身向上的方向为z轴建立直角坐标系，则所述旋转轴绕y轴转动。请进一步参阅图2，本实施例中的组合式旋转调制微惯性导航方法包括以下步骤：S10、利用旋转调制型微惯性组件30获取载体10的初始运动状态。本实施例中以载体10为无人机为例，则在对无人机进行导航过程中，首先需要对系统进行初始化，然后计算获得无人机的初始姿态矩阵。请参阅图3，在某些具体实施方式中，该步骤S10具体包括：S11、通过所述旋转调制型微惯性组件30的一个旋转周期起始点两时刻的速度建立基座惯性坐标系和惯性坐标系间的变换矩阵。S12、依据所述基座惯性坐标系和惯性坐标系间的变换矩阵生成载体10的粗对准的初始姿态矩阵。本实施例中，基座惯性坐标系指的是初始时刻将无人机坐标系经惯性凝固后得到的坐标系。具体的，其中，式中，L表示初始对准时所在位置的经度，而λ表示初始对准时所在位置的纬度。即为一个三阶单位矩阵。进一步的，其中，代表矩阵C1的转置矩阵，在(3)式中，其中上述C1和C2矩阵分别代表两个不同坐标系中速度矢量，其中，Vi表示基座惯性坐标系中的速度矢量，而则代表惯性坐标系中的速度矢量，而tk1和tk2则分别代表两个不同的时刻。由上述公式(1)-(5)可计算获得无人机的当前姿态，记为粗对准的初始姿态矩阵。然而上述结果的精度还有待提高，进一步的，在其他一些具体实施方式中，步骤S10还包括：S13、利用捷联惯导解算速度误差和姿态误差；S14、依据所述速度误差和姿态误差进行卡尔曼滤波获取载体10当前运动状态参数。S15、依据所述载体10当前运行状态参数和所述粗对准初始姿态矩阵生成载体10的精对准初始姿态矩阵。本实施例中的捷联惯导解算过程可参考现有的及优化的捷联惯导解算过程，同样的，卡尔曼滤波过程也可以参考现有的及优化的卡尔曼滤波过程。本实施例中进一步通过上述捷联惯导解算过程，并利用捷联惯导系统解算的速度误差与姿态误差作为卡尔曼滤波观测量，来估计包含速度误差、姿态误差、加速度计零偏、陀螺漂移的状态量，得到一精对准结果，本实施例中用表示。S20、根据静态微惯性组件20的测量结果对载体10的初始运动状态进行误差补偿。在获得上述的初始姿态矩阵后，进行惯性导航。在实施例中，进一步利用静态微惯性组件20和旋转调制型微惯性组件30的输出值计算得到电机的旋转速度，在组合式旋转调制型微惯性导航系统初始化阶段，通过静态微惯性组件20和旋转型微惯性组件30的量测对比，经过最优化处理得到电机的旋转速度，由于电机是匀速旋转，可将此值作为电机的旋转速度。由于单一的旋转调制过程中无法对旋转轴的陀螺零位误差进行补偿，故采用组合方式利用陀螺数据来估计出y轴陀螺零偏并进行补偿，双模块组合设计提高了陀螺数据的可靠性，更有利于得出准确的静止区间再利用最小二乘法估计出最优的旋转轴陀螺零偏。S30、根据补偿结果对载体1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合式旋转调制微惯性导航系统，其特征在于，包括旋转调制型微惯性组件和用于辅助所述旋转调制型微惯性组件测量的静态微惯性组件，所述静态微惯性组件固连在载体上，所述旋转调制型微惯性组件转动的设置于所述载体上。

【技术特征摘要】
1.一种组合式旋转调制微惯性导航系统，其特征在于，包括旋转调制型微惯性组件和用于辅助所述旋转调制型微惯性组件测量的静态微惯性组件，所述静态微惯性组件固连在载体上，所述旋转调制型微惯性组件转动的设置于所述载体上。2.如权利要求1所述的组合式旋转调制微惯性导航系统，其特征在于，所述旋转调制型微惯性组件在所述载体上单轴转动。3.如权利要求2所述的组合式旋转调制微惯性导航系统，其特征在于，还包括安装平台，所述旋转调制型微惯性组件固定于所述安装平台上，所述安装平台通过旋转轴设置于所述载体上，所述旋转轴与驱动电机相连，并在所述驱动电机的带动下转动。4.如权利要求3所述的组合式旋转调制微惯性导航系统，其特征在于，所述旋转轴的轴线沿所述载体...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾昆，
申请(专利权)人：湖南格纳微信息科技有限公司，
类型：新型
国别省市：湖南,43