[发明专利]一种基于单轴旋转调制的MEMS惯性导航系统及寻北方法

说明书

本发明公开了一种基于单轴旋转调制的MEMS惯性导航系统及寻北方法，该系统包括外框、MIMU、转盘、中间板、电机和编码器，所述外框内部设置转盘；所述转盘上部设置MIMU，下部设置中间板；所述中间板设置通孔，用于固定电机；所述电机转轴穿过通孔与转盘连接，在电机下部设置编码器，用于检测电机的转角和转速。寻北时，首先采集x、y轴MEMS陀螺的输出信号，确定噪声分布情况；然后根据噪声分布情况，确定单轴旋转调制机构的旋转角速度；最后采集调制后x、y轴MEMS陀螺输出，进行FFT变换，确定寻北值。本发明可以利用MEMS惯性系统进行自主、快速、准确寻北。

技术领域

本发明涉及惯性导航技术，具体涉及一种基于单轴旋转调制的MEMS惯性导航系统及其寻北方法。

背景技术

MEMS惯性器件具有成本低廉、可靠性高、体积重量轻、便于开发等特点，广泛应用在导航系统中。MEMS惯性导航系统自主获取载体完整运动信息进行导航时，需要确定载体的指向轴与真北的方向，以提供系统初始对准过程的航向角。但是，该系统在静置状态下，寻北精度相对较低，甚至不能寻北。现有技术通常添加一个能够提供绝对航向的传感器，如GPS、磁传感器，来解决系统初始对准问题。这种方法由于增加了新的传感器，降低了系统的自主性，在解算数据时需要进行数据融合，计算复杂度高，寻北时间长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于单轴旋转调制的MEMS惯性导航系统及其寻北方法，可以利用MEMS惯性系统进行自主、快速、准确寻北。

实现本发明目的的技术解决方案为：基于单轴旋转调制的MEMS惯性导航系统，包括外框、MIMU和单轴旋转调制机构，所述单轴旋转调制机构包括转盘、中间板、电机和编码器，所述外框内部设置转盘，所述转盘上部设置MIMU，下方设置中间板；所述中间板设置通孔，用于固定电机；所述电机转轴穿过通孔与转盘连接，在电机下部设置编码器，用于检测电机的转角和转速。

基于单轴旋转调制的MEMS惯性导航系统的寻北方法，包括如下步骤：

步骤1、将基于单轴旋转调制的MEMS惯性导航系统安装在静止的载体上，采集x、y轴MEMS陀螺的输出信号，分析输出信号的噪声分布情况；

步骤2、根据噪声分布情况，确定单轴旋转调制机构的旋转角速度ω，使被调制的MEMS陀螺的有效输出信号的频率远离主要噪声频段；

步骤3、控制单轴旋转调制机构，使转盘绕z轴做角速度为ω的连续匀速旋转，将x、y轴MEMS陀螺敏感的地球角速度信号调制成频率为ω的正弦波有效信号，同时采集x、y轴MEMS陀螺输出角速度

步骤4、对MEMS陀螺输出角速度进行FFT变换，提取频率为ω的正弦波有效信号的相位，即寻北值。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明增加单轴旋转调制机构，可以利用MEMS惯性系统进行自主、快速、准确寻北，为进一步延长MEMS惯性系统导航时间和提高导航精度奠定了基础；2)本发明对每次寻北时的噪声进行实时分析，提高了寻北精度。

附图说明

图1是本发明基于单轴旋转调制的MEMS惯性导航系统的结构框图。

图2是本发明基于单轴旋转调制的MEMS惯性导航系统寻北的方法流程图。

图3是静采2分钟y轴陀螺的输出信号图。

图4是对静采的数据做FFT分析后的频谱图。

图5是水平状态旋转调制寻北原理图。

图6是调制后y轴陀螺仪传感器的输出信号图。

图7是调制后信号经FFT分析后的频谱图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步说明本发明方案。