[发明专利]一种基于多MEMS传感器的微型航姿定位装置

说明书

本发明公开了一种基于多MEMS传感器的微型航姿定位装置，其特征在于：包括航向姿态参考模组、中心控制模组、多功能模组、车平台模组、飞行模组、动力模组，所述航向姿态参考模组包括8片MEMS惯性测量元件、航姿功能模组，所述航向姿态参考模组、中心控制模组、多功能模组、飞行模组、动力模组均安装在车平台模组上，所述航向姿态参考模组、多功能模组、车平台模组、飞行模组、动力模组均与中心控制模组电连接。本发明导航准确，功能丰富，成本低廉。

技术领域

本发明涉及涉及导航装置领域，特别是一种基于多MEMS传感器的微型航姿定位装置。

背景技术

随着现代科技的发展，智能机器人、无人机、自动驾驶车辆以及物联网技术等智能技术已经成为当前科学研究和人们社会生活关注的热点之一。对物体运动的精确导航定位是这些智能技术发展的重要支撑。虽然目前导航定位手段有很多，比如卫星定位、无线电、雷达、超声波、视觉、射频等等，但这些定位方式都应用场景有限，且易受外界干扰，可靠性差，也无法提供快速、完整的导航信息。因此，目前还没有能够完全能替代惯性导航系统的导航定位手段。

惯性导航系统作为一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。它具有完全自主、对外界环境无要求、不受干扰、输出信息量大、输出信息实时性强等优点，在高精度武器装备、航空航天航海及民用相关领域(如地质勘探、重力测量、石油钻井、大地测量等)已经得到了广泛应用。长期以来，由于价格昂贵，体积和质量大，使用要求高等因素，惯性导航系统主要应用于精确制导武器、飞机、潜艇、舰船等高价值平台上。但随着微机电系统技术的发展，新型MEMS惯性器件的产生并逐渐趋于成熟，这使得使用低成本MEMS惯性器件取代中、低精度的平台式惯导成为可能。

航向姿态参考系统(Attitude and Heading Reference System，AHRS)，简称航姿参考系统，是惯性导航技术的一个重要分支，是由微陀螺仪和微加速度计等MEMS惯性测量元件构成的微小型惯性导航系统。它利用微陀螺仪和微加速度计测出载体的角速度和加速度信号，经过导航计算机的解算，输出载体的实时姿态和航向等信息，再传给载体的姿态控制系统和推进系统提供指令，从而实现确定载体空间位置和姿态的功能。航姿参考系统可以应用于诸多领域，比如：无人飞行器导航定位和自动稳定控制，摄影设备的自动稳定，机器人的控制和稳定，包括汽车和摩托车等车辆的动态性能分析，人体运动测量，战士、消防员、警察和急救队员的训练，虚拟环境中应用于头部跟踪器或者头盔显示器的跟踪等，以及钻井以及管道检测、文物维护等任何需要6自由度运动跟踪等其他民用工业领域的应用，因此设计一种基于多MEMS传感器的微型航姿定位装置，提供低成本、高精度、多功能的导航作业机械解决方案。

发明内容

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种基于多MEMS传感器的微型航姿定位装置，能够使通过采用MEMS器件和嵌入式微处理器，采用低成本器件并通过软件算法校正，大幅减小体积重量和使用成本。通过采用四元素法进行导航姿态解算，采用8片MEMS惯性测量元件阵列进行姿态数据采集，计算量较小且可靠性高，可以适用于全姿态测量，提高航向姿态测量系统的整体精度。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于多MEMS传感器的微型航姿定位装置，包括航向姿态参考模组、中心控制模组、多功能模组、车平台模组、飞行模组、动力模组，所述航向姿态参考模组包括8片MEMS惯性测量元件、航姿功能模组，所述航向姿态参考模组、中心控制模组、多功能模组、飞行模组、动力模组均安装在车平台模组上，所述航向姿态参考模组、多功能模组、车平台模组、飞行模组、动力模组均与中心控制模组电连接。

作为优选，所述MEMS惯性测量元件用于采集角速度和加速度数据，所述航姿功能模组用于接收并解算来自MEMS惯性测量元件的数据并传输给中心控制模组，所述MEMS惯性测量元件包括三角轴微陀螺仪、三轴微加速度计、数字运动处理器、和温度传感器。

作为优选，所述航向姿态参考模组的核心算法包括四元素全姿态导航解算和非线性卡尔曼滤波数据融合，所述中心控制模组的核心算法是系统级的误差分析与补偿。