[发明专利]一种基于MEMS旋转技术的寻北系统及方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于MEMS旋转技术的寻北系统及其对应的寻北方法，涉及惯性技术领域。

背景技术

寻北是建立真北方向的技术，目前高精度的寻北方法主要有惯性法、天文观测法、大地测量法、卫星定位法、参照物法等多种寻北方法。但是，在一些有遮挡的复杂地形和天侯等条件下，天文观测法、大地测量法、卫星定位法和参照物法都会受到不同程度的制约，难于实现高精度的寻北功能。相比较而言，惯性法才能够不受自然条件、环境的干扰，独立完成寻北任务，具有连续工作时间长、精度高等特点，是常用的寻北方式。

一般地，基于惯性法的寻北系统，其组成部件主要有陀螺、加速度计、I/F转换电路、直流电源等，通过测量当地地理水平面上地球转速分量的方法，推算当地真北方向，因此，陀螺是系统的关键部件。在不同的时期，寻北仪的研制与陀螺的发展密切相关，目前常用的陀螺有液浮陀螺、动力调谐陀螺、静电陀螺、光纤陀螺等，精度较高，但是体积和成本也很高。而MEMS陀螺虽然精度低，但是体积和成本很小，可以作为寻北系统的研制方向。

为了实现提高系统精度的同时，压低成本，国内外专家学者都着手研究新型的惯性导航系统，即基于旋转调制技术的惯性导航系统。这种旋转调制技术能够通过规则、周期运动改变惯性组件的信息输出，实现提高系统精度的目标。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是设计一种基于MEMS旋转技术的寻北系统及其对应的寻北算法，将旋转调制技术应用与MEMS寻北系统中，结合旋转调制技术本身的优点，改善MEMS器件精度低的弊端，研制小体积、低成本、高精度的旋转的MEMS寻北系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于MEMS旋转技术的寻北系统，包括导航模块和转台模块，

所述导航模块包括：MEMS组件、MEMS数据采集模块、导航计算机；

所述转台模块包括：转动台面、转台微控制器、电机驱动模块、电机、测角模块、测角元件信号调理电路、导电滑环；

MEMS组件设置在转动台面上，MEMS数据采集模块检测MEMS组件的初始方向信息，传输给导航计算机；电机驱动模块与MEMS数据采集模块相连接，接受MEMS数据采集模块的数据反馈；

转动台面的转轴处设置导电滑环，测角模块通过导电滑环采集转动台面的转角数据，转角数据经过测角元件信号调理电路传输至导航计算机；

导航计算机处理接收到的转动台面的转角数据和MEMS数据采集模块采集到的MEMS组件的初始方向信息，经过寻北解算发送控制信号至转台微控制器，转台微控制器将控制信号传输至电机驱动模块，电机驱动模块控制电机转动，进而带动固定在电机上的转动台面转动，将MEMS组件转动至真北方向。

进一步的，所述MEMS组件为三个正交安装的陀螺和三个正交安装的加速度计。

与所述基于MEMS旋转技术的寻北系统所对应的寻北算法具体如下：

（1）建立陀螺的等效输出模型：