[实用新型]微型姿态参考系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微型姿态参考系统，可以为载体提供惯性空间内三个轴的线加速度信息、角速度信息和规定导航坐标系内的姿态信息等。本实用新型属导航、制导与控制技术领域，可以广泛应用于航空、航天、地质勘探、工业测控、机器人、自动驾驶仪、卫星接收天线等小型载体的姿态控制等相关领域。

背景技术

姿态参考系统可以为运载体提供线加速度信息、角速度信息、姿态信息等，当在系统中嵌入导航软件时还可以提供载体的速度和位置信息。姿态参考系统是惯性导航系统最重要的组成部分，其中用于测量线加速度和角速度的惯性敏感器件：加速度计和陀螺仪又是姿态参考系统中最重要的敏感器件。

微机电系统(MEMS-Micro Electro-Mechanical Systems)是上个世纪末在微电子技术的基础上发展起来的，它利用硅微加工、电镀模板复制(LIGA)和精密机械加工等多种微加工技术，并应用现代信息技术构成的集微型机构、微型传感器、微型执行器及信号处理和控制电路、通讯接口和电源等于一体的智能微型器件或系统。用MEMS技术制造惯性敏感器件，只有手指甲大小，并且可以做成贴片式结构直接焊接到电路板上，颠覆了传统惯性敏感器件的体积概念。利用MEMS惯性敏感器件组成的惯性测量装置，如姿态参考系统，其体积小，重量轻，功耗低，受到越来越多的重视，成为导航、制导与控制技术领域发展的一个新方向。此类产品在美国军用和民用领域都得到了广泛的应用，而我国由于起步较晚，再加上MEMS惯性敏感器件精度低的限制，在应用上还和发达国家相距甚远。如何利用低精度的MEMS惯性敏感器件，达到精度较高的惯性测量装置就成了一个需要克服的重大难题。本实用新型选用低精度的MEMS惯性敏感器件(MEMS加速度计和MEMS陀螺仪)，利用结构设计、电路设计、软件补偿、特殊选取等方式，研制出了微型姿态参考系统，满足了较高精度应用条件的需求。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种体积小、重量轻、低成本、精度高、便于应用的姿态参考系统。

本实用新型采用普遍应用的10V～40V直流供电，标准RS232串行通讯接口。

本实用新型集MEMS传感器技术、高精度数字化数据采集与存储、处理及结构设计为一体，能够提供运动载体在惯性空间内三个轴的线加速度信息、转动角速度信息和规定导航坐标系的姿态信息，另外可在CPU中嵌入导航算法，输出运动载体的速度和位置信息。

本实用新型的结构由基座和外壳组成。3轴MEMS加速度计、3轴MEMS陀螺仪、DC/DC电源模块、A/D模块、CPU组合模块和串行通信模块等通过电路板安装在基座上，电路板之间通过接插件或电缆连接，并由紧固件固定。安装方式实现了3个加速度传感器和3个角速度传感器的同轴性，提高了姿态参考系统的精度。

本实用新型在硬件设计上通过高精度A/D模块对2种MEMS传感器输出及其供电电压的变化进行采样，利用供电电压的波动实时补偿2种MEMS传感器输出，克服了低成本MEMS传感 器的性能随供电电压的波动而降低的缺点，提高了姿态参考系统的输出精度。

另外考虑到方位角在没有外界信息辅助的情况下处于发散状态，本实用新型的方位轴向上使用了高精度的陀螺仪，从而抑制了方位角由于陀螺仪的零位漂移而引起发散。

本实用新型主要用于导航、制导与控制技术领域运动载体的角速度和姿态控制。

附图说明

附图1是本实用新型微型姿态参考系统的内部结构示意图。

附图2是本实用新型微型姿态参考系统的左视图。

附图3是本实用新型微型姿态参考系统的俯视图。

具体实施方式

微型姿态参考系统由基座(8)、外壳(7)及内部电路组成。

MEMS加速度计和MEMS陀螺仪惯性敏感器件分别通过电路板(1)、电路板(2)和电路板(3)分别安装在基座(8)上，安装基座(8)保证了电路板(1)、电路板(2)和电路板(3)的正交安装。

在电路板(4)上集成有DC/DC电源模块、CPU组合模块和串行通信模块。DC/DC电源模块为整个姿态参考系统的电路部分提供所需要的工作电压，CPU模块则负责数据的采集与处理，串行通信模块实现了姿态参考系统和外部设备之间的相互通讯。

在电路板(3)上集成有高精度A/D模块，用于采集来自电路板(1)和电路板(2)上的传感器输出信号及传感器(5)的输出信号。高精度A/D模块对MEMS传感器的输出及其供电电压进行采样，并通过监控供电电压的波动对MEMS传感器的输出进行实时补偿，以提高姿态参考系统的精度。