[发明专利]一种机载双光纤IMU/DGPS组合相对形变姿态测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及惯性导航领域，具体来说，是一种机载双光纤IMU/DGPS组合相对形变姿态测量装置。

背景枝术

由于在机体飞行过程中，安装于机体前端振动量级较大的试验舱相对舱内主惯导安装位置间的相对形变会影响某些机载电子设备正常工作。由于目前机体刚度与变形特征无定量数据，因此有必要对上述形变量进行精确测量，以供相关实验提供数据参考。

目前，采用光学摄像法测量动载体形变，光学摄像测量技术在国际上已有五六十年的历史，在国内近十余年有较大发展，目前在某些静态环境下其测量精度已经达毫米级，现已服务于众多领域。其基本原理是设载体上存在一待测点和一位置已知的参考点。在载体上的待测点布设相机，在载体静止时使用相机对待测点像点位置进行拍摄并记录，计算出待测点相对参考点的投影位置；载体运动并发生形变后，使用相机对待测点变化后的位置进行实时拍摄，与载体静止时待测点相对参考点的位置进行比较，可处理出待测点相对参考点的动态形变量，并可将所测得的线度形变量折算为角度形变量。但该方法测量结果为瞬时值、数据更新频率低，因而受载体振动影响较大，动态测量精度低，难以适应高速度、强振动的机载环境。

另一种方法为双加速度计比对法，其原理是在载体上的待测点和参考点分别安装同一朝向的两只加速度计，在载体发生运动后，加速度计可感应两点间的相对加速度，积分计算出相对速度和位移，处理得到两点间的相对形变量。但该方法在当载体运动速度快，转弯半径小，转动角速度很大时，会导致由两点相对转动产生的相对加速度会对相对形变测量带来很大的误差，因此该方法难以满足测量要求。测量精度受加速度计零偏和标度因数误差影响较大，且无法对载体转动时由于两点运动半径不等而带来的相对加速度和相对形变带来的相对加速度进行分离。

发明内容

为了解决上述问题，本发明针对速度、强振动的机载条件下舱内主惯导安装点与机体前端试验舱安装点之间相对姿态的高精度测量要求的机载双光纤IMU/DGPS组合相对形变姿态测量装置。

一种机载双光纤IMU/DGPS组合相对形变姿态测量装置，包括主惯性组件、从惯性组件、DGPS接收机与上层控制系统。

其中，主惯性组件位于载体舱内，从惯性组件位于载体舱外；主惯性组件与从惯性组件结构相同，均包括三轴光纤陀螺仪、三轴石英挠性加速度计、二次电源、I/O接口电路，I/F信号转换电路与导航计算机。

其中，三轴光纤陀螺仪用来测量惯性组件自身所在载体位置上x、y、z三个轴向上的转动角速度信号，并通过I/O接口电路发送给导航计算机。

所述三轴石英挠性加速度计用来测量惯性组件自身所在载体位置上x、y、z三个轴向上的加速度信号，经过I/F信号转换电路转换为加速度脉冲信号，通过I/O接口电路发送给导航计算机。

所述二次电源用来将外部电源电压转换成惯性组件所需要的电压。

在主惯性组件与从惯性组件中的三轴光纤陀螺仪中每个光纤陀螺上，以及三轴石英挠性加速度计中每个加速度计上均安装有温度传感器，用来实时获取主惯性组件与从惯性组件x、y、z三个轴向上的温度信息，并发送给导航计算机。

带有差分功能的DGPS接收机用来测量载体的高精度位置、速度信息，通过I/O接口电路发送给导航计算机。

所述导航计算机用来接收为基于FPGA+DSP的组合导航计算机，其中，FPGA用来接收惯性组件所在位置三个轴向上的转动角速度信号与加速度脉冲信号，与惯性组件中各个温度传感器发送的温度信号，以及DGPS测得的载体的高精度位置、速度信息，并将其中的转动角速度信号、加速度脉冲信号与温度信号发送给DSP；DSP根据接收到的温度信号对接收到的转动角速度信号、加速度脉冲信号进行温度补偿与标定补偿后，与DGPS测得的载体的高精度位置、速度信息一同通过UART发送给上层控制系统。

上层控制系统包含串口通信单元、相对姿态解算单元和人机交互界面；其中，串口通信模块用来采集导航计算机发送的经过温度补偿与标定补偿后的转动角速度信号、加速度脉冲信号，与DGPS测得的载体的高精度位置、速度信息，并进行缓存，以备后续调用。