[发明专利]一种基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置及方法

说明书

本发明属于捷联惯性导航技术领域，具体涉及一种微惯性姿态测量装置及方法。一种基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置，包括微测量单元，所述微测量单元至少包括三个三轴加速度计；所述三个三轴加速度计分别呈20～70°空间夹角布置，并且相互之间的夹角角度相等。本发明设计的微惯性姿态测量装置，结构原理是将三个三轴加速度计分别按照倾斜20～70°的空间夹角布置，这样针对空间内的随机运动，在三维空间里保证至少会有一个面上的三轴加速度计不会因为运动轴上的加速度相对于其他轴权重过小，而导致难以辨识载体运动中的小幅渐变加速度，进而引起姿态计算误差过大的现象，这样同时也能够及时的捕捉到重力加速度所测定的水平面。

技术领域

本发明属于捷联惯性导航技术领域，具体涉及一种微惯性姿态测量装置及方法。

背景技术

在基于微惯性测量单元(MIMU)的航姿参考系统(AHRS)研究中，目前针对运动加速度的干扰以及分离方法，通常是利用加速度计测量值与重力加速度的比较这一基本过程来计算加速度计测量中的运动干扰，从而放大或缩小滤波器中的噪声协方差矩阵，以此达到抑制运动干扰的目的。由于重力加速度在三轴加速度计中的分布通常是不均匀的，权重过小的运动轴上的运动加速度无法在比较中被敏感的表现出来，同时低成本的微惯性陀螺仪不同于高端的光纤或是激光陀螺仪，误差累积的过程非常迅速，使得航姿参考系统短时间内完整准确的辨识和分离小幅渐变加速运动变得十分困难。

发明内容

本发明的目的是解决微惯性测量单元在姿态解算的过程中面对小幅渐变加速度干扰难以准确的辨识和分离，从而影响载体运动姿态测量精度的问题，提供一种基于多面体阵列结构的微惯性姿态测量装置及方法，可以平衡重力加速度在各个加速度计上的投影，准确捕捉小幅渐变加速度的运动过程，同时在融合滤波方法上采用分立式多阶卡尔曼滤波结构，避免线性化观测方程，准确估计运动误差模型，保证系统稳定可靠运行。

为了实现上述目的，本发明采用的其中一种技术方案是：一种多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置，包括微测量单元，所述微测量单元至少包括三个三轴加速度计；所述三个三轴加速度计分别呈20～70°空间夹角布置，并且相互之间的夹角角度相等。

作为本发明的一种优选方式，其中一个三轴加速度计位于水平面上，其他两个三轴加速度计位于与所述水平面相交的斜面上。

作为本发明的一种优选方式，所述的微测量单元还包括三轴陀螺仪。

进一步优选地，所述的微测量单元还包括三轴磁强计。

进一步优选地，所述的微测量单元还包括电路板。

进一步优选地，所述的装置还包括处理器控制单元，所述的微测量单元与所述的处理器控制单元连接。

作为本发明的一种优选方式，所述的装置还包括多面体台体结构，所述多面体台体结构至少有两个相邻侧面的夹角、以及该两个侧面与其中一个底面的夹角为20～70°，且相互之间的夹角角度相等；三个三轴加速度计分别安装在所述多面体台体结构的相邻两个侧面及其中一个底面上。

本发明还提供了一种基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量方法，包括：

(1)利用基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置，获得原始测量数据，并对原始数据进行校正；

(2)根据校正后的测量数据，采用两个分立的卡尔曼滤波器实时计算出状态量和

(3)对状态量和进行计算，获得姿态数据。

进一步优选地，所述两个分立的卡尔曼滤波器模型为：

其中，

分别是三轴陀螺仪校准后的测量值；