[发明专利]一种机载分布式惯性测姿系统及其传递对准方法

说明书

一、技术领域

本发明属于惯性测姿技术领域，特别是一种机载分布式惯性测姿系统及其传递对准方法。

二、背景技术

面对瞬息万变的空中态势，飞行员必须以最敏捷的方式发现目标，并选择最有效的方式发起攻击。为了增强飞行员对外界的视野观察范围，通过在飞机上安装6个用于成像的光学传感器，提供360°的全维态势感知能力，最终能够搜集360°范围内的各种信息。然而用于成像的光学探测器的瞄准线必定随载机振动而产生一定幅度的随机抖动。这种振动会使得图像产生明显的晃动，对几个探测器间的图像拼接也会产生很大影响，因此在每个光学传感器的位置加装一个专门用于测姿的IMU（惯性测量单元，Inertial Measurement Unit）系统是很必要的。IMU惯性测姿系统能够精确的实时测量到安装部位的惯性姿态，利用这些惯性数据就可以将几个不同的传感器的图像进行无缝的拼接，并且为图像的稳定性提供了基础参考标准。

如果在每个传感器位置都安装一个高精度IMU，精度能达到长时间飞行的要求，但要安装6个高精度IMU，将使成本大幅度上升，且高精度IMU体积必然很庞大，根本满足不了机载系统对有限空间的要求；如果只是在每个传感器位置都安装一个低成本、体积小的IMU，由于其精度不高，测量误差随时间积累，精度也难以达到要求。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种稳定性好、测量精度高、成本低的机载分布式惯性测姿系统及其传递对准方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种机载分布式惯性测姿系统，包括1个主惯导系统、1个主控计算机以及6个与该主控计算机连接的子惯导系统，各个子惯导系统之间相互独立，且每个子惯导系统的结构相同：

所述每个子惯导系统分别包括惯性测量单元和测姿处理板，其中：惯性测量单元包括三个MEMS陀螺仪、三个MEMS加速度计、A/D转换器和温补系统；测姿处理板集成了DSP芯片、FPGA芯片、FLASH、SDRAM、CAN控制器、CAN收发器、UART控制芯片、RS_422接口、RS_232接口和EMIF总线；所述三个MEMS陀螺仪、三个MEMS加速度计通过A/D转换器和温补系统相连，温补系统与测姿处理板的RS_422接口连接；RS_422接口通过UART控制芯片与FPGA芯片连接，FPGA芯片通过EMIF总线与DSP芯片连接，并且FLASH、SDRAM都与EMIF总线连接，FPGA芯片还通过CAN控制器与CAN收发器连接；CAN收发器与主控计算机连接；主控计算机与主惯导系统连接；UART控制芯片还与RS_232接口连接；

主惯导系统生成载体导航信息后，先发送给主控计算机，主控计算机再通过CAN收发器发送给测姿处理板，CAN收发器将物理总线上收到的差分电平数据转换为TTL电平数据发送给CAN控制器，FPGA芯片通过CAN控制器接收数据，FPGA芯片通过EMIF总线将接收到的数据上传至DSP芯片；三个MEMS陀螺仪敏感载体的三轴角速度信息，三个MEMS加速度计敏感载体的三轴加速度信息，所得的三轴角速度信息和三轴加速度信息传输到A/D转换器，A/D转换器将得到的模拟量信息转换成数字量信息，并将该数字量信息通过温补系统补偿得到稳定的数字量信息；测姿处理板通过RS_422接口读取稳定的数字量信息，并传输给UART控制芯片，UART控制芯片将串行数据转换为并行数据并发送给FPGA芯片，FPGA芯片通过EMIF总线将接收到的数据上传至DSP芯片；FPGA芯片通过EMIF总线接收DSP芯片解算得到的惯性姿态数据，并将惯性姿态数据发送给UART控制芯片，UART控制芯片将并行数据转换为串行数据并行数据后发送给RS_232接口进行电平转换，并通过RS_232接口发给外接设备。

本发明机载分布式惯性测姿系统的传递对准方法，包括以下步骤：

第一步：系统上电后完成系统初始化工作，其中包括主、子惯导系统安装误差角对应的补偿角的初始化，然后进入下一步；

第二步：主惯导系统测得载体的速度信息、姿态信息、角速度信息、比力信息和位置信息，并利用第一步所得的补偿角修正该姿态信息；

第三步：进行粗对准，把第二步主惯导系统的速度信息、位置信息、补偿角修正后的姿态信息赋给子惯导系统的对应参数，作为子惯导系统的解算初值；

第四步：子惯导系统以第三步粗对准后的导航信息为初值，进行惯导捷联解算，得到子惯导系统的位置信息、速度信息和姿态信息；