一种MEMS惯性测量组合制造技术

本发明专利技术提供一种MEMS惯性测量组合，包括MEMS惯性组件和电路板组件以及结构组件，所述MEMS惯性组件包括三轴MEMS陀螺仪和三轴MEMS加速度计，所述电路板组件包括电源板、数据采集及解算模块和通讯控制模块，其中数据采集及解算模块获取来自MEMS惯性组件的角速度信息和加速度信息，并参考通讯控制模块获取来自卫星导航接收机的GPS数据进行组合导航计算，不断修正惯性导航误差。与现有技术相比，本发明专利技术通过MEMS惯性组件与外部导航信息结合，采用传递对准算法、加速度计调平算法，实现了姿态测量、安装误差修正、自检测、实时输出载机的姿态信息等功能，系统功耗低，产品交付周期短，对操作人员的技术要求低。

A MEMS inertial measurement unit

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS惯性测量组合
本专利技术涉及一种涉及MEMS惯性导航和防护性能技术。
技术介绍
捷联航姿系统是一种重要的机载导航设备，由光纤陀螺构成的捷联航姿系统在军民用领域得到了越来越广泛的应用。光纤陀螺构成的捷联航姿系统特点是导航精确度高，该类产品的缺点是体积大、重量大、功耗高、结构复杂、对操作人员的技术要求高，产品交付周期长。现有产品主要长期在陆地环境中使用，对产品的大气环境要求普遍较低，近年来，产品在海洋环境中使用周期增大，使用期间一旦产品被腐蚀，则安装精度、绝缘性能、元器件性能都会受影响，最终会导致产品的性能和可靠性下降。为确保产品的外观质量和性能不下降，对湿热、霉菌、盐雾及酸性大气环境需要严格防护措施。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：
技术介绍
中提到的捷联航姿系统功耗高、对操作人员的技术要求高，产品交付周期长等问题。本专利技术的技术方案如下：一种MEMS惯性测量组合，包括MEMS惯性组件和电路板组件以及结构组件，所述MEMS惯性组件包括三轴MEMS陀螺仪和三轴MEMS加速度计，所述电路板组件包括电源板、数据采集及解算模块和通讯控制模块，其中数据采集及解算模块获取来自MEMS惯性组件的角速度信息和加速度信息，并参考通讯控制模块获取来自卫星导航接收机的GPS数据进行组合导航计算，不断修正惯性导航误差。可选的，所述数据采集及解算模块存储的第一部分程序指令在加载时执行以下步骤实现传递对准功能：1)建立主惯导误差模型，引入速度误差和姿态误差计算公式；2)建立MEMS惯性测量组合误差模型，引入MEMS惯性测量组合姿态矩阵式中，I为单位阵；矩阵E中φ为步骤1)中解算得到的姿态误差角；3)建立传递对MEMS惯性测量组合卡尔曼滤波模型：式中，式中，w＝[(web)T(wdb)T(03×1)T(03×1)T(03×1)T(03×1)T(wthetak)T]T其中，φ为步骤1)中得到的姿态误差角；δvn为步骤1)中得到的速度误差；εb为MEMS惯性测量组合陀螺仪零偏误差；为MEMS惯性测量组合加速度计零偏误差；(mub)T为MEMS惯性测量组合与主惯导之间的固定安装角偏差；(thetak)T为挠曲变形引起的弹体坐标系相对于原机体坐标系沿机体轴方向的变形角；(omegak)T为挠曲变形角速度；web为陀螺仪漂移白噪声误差分量；wdb为加速度计白噪声误差分量；单位wthetak为挠曲变形过程白噪声误差分量；4)确定传递对准中的匹配量；采用“速度+姿态”匹配方法，该匹配方法的量测由速度量测量zv和姿态量测量zφ组成，为步骤3)增加解算关系式；“速度+姿态”匹配的量测方程为：式中：Hv＝[03×3I3×303×303×303×303×303×3]；vφ、vv为对应的测量噪声，矩阵Hφ中为步骤2)中得到的MEMS惯性测量组合姿态矩阵，矩阵Hv中I3×3为单位阵；5)进行传递对准卡尔曼滤波，通过如下卡尔曼滤波解算，最终实现传递对准功能；式中：Pxy，k/k-1＝HkPx，k/k-1分别为步骤3)中xk、yk的导数。可选的，所述数据采集及解算模块存储的第二部分程序指令在加载时执行以下步骤：1)判断时间变量ΔT是否为设定的输出数据时间；2)当时间变量为设定的输出数据时间时，读取上一拍计算出的修正次数，当修正次数大于0时进入姿态角补偿模式；此时开始重新计算四元素初值，构建姿态矩阵，并将修正次数减1；3)通过对载体姿态、航向变化量、三轴角速率、水平比力、天向比力和水平速度数据的判断，即各参数的实时数值与其变化量比较，确定载体是否平飞或处于静止状态，若满足要求，则利用三轴比力值重新计算姿态角，与上一时刻的姿态角比较得到其变化值，该变化值再与阈值比较，计算得到最大姿态调平修正量；4)当姿态角输出误差值大于阈值时，计算单次修正量和修正次数，开始修正姿态角，重复步骤1)～步骤4)，直到姿态角输出误差值不大于阈值时，停止修正。可选的，所述结构组件包括壳体、盖板、支柱和插座，所述数据采集及解算模块和通讯控制模块集成在一个主机板上，所述电源板、主机板以及MEMS惯性组件通过支柱自上而下依次间隔设置，并整体置于壳体内；壳体的一侧面板密封设置具有耐海洋环境的插座；壳体与盖板之间设置有用于密封连接的导电橡胶垫。可选的，所述支柱共有四组，分别穿过电源板和主机板的四个角与壳体的内底面连接固定。可选的，所述壳体和盖板均为铝合金结构件，表面作硫酸阳极化处理，并具有底漆+面漆的涂层体系。可选的，所述底漆采用H06-3，面漆采用F04-80。可选的，还包括电容以及电容支架，所述电容与电源板电连接，用于延缓压降，电容支架与壳体的内底面固定连接。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过MEMS惯性组件与外部导航信息结合，采用传递对准算法、加速度计调平算法，实现了姿态测量、安装误差修正、自检测、实时输出载机的姿态信息等功能，系统功耗低，产品交付周期短，对操作人员的技术要求低。该MEMS惯性测量组合还具有结构简明、体积小、重量小、防护性能等优点。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术的MEMS惯性测量组合的产品原理框图；图2为本专利技术的MEMS惯性测量组合的产品结构示意图；图中标号说明如下：1-插座，2-橡胶垫，3-电容，4-电容支架，5-支柱，6-惯性测量单元(MEMS惯性组件)，7-主机板，8-电源板，9-支柱，10-盖板，11-橡胶垫，12-壳体，13-标牌。图3为离散滤波方程计算流程图；图4为加速度计调平算法流程图。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图和实施例对本专利技术做详细描述。本系统主要由MEMS惯性组件、电路板组件和结构组件三大部分组成。MEMS惯性测量组合的原理框图如图1所示，结构组成如图2所示。MEMS惯性组件：内部安装三个正交MEMS陀螺仪和MEMS加速度计，主要用于实时敏感载体的运动角速率和加速度。经误差补偿后利用“数学平台”实时解算出载机的航向角、俯仰角、倾斜角等参数。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS惯性测量组合，其特征在于：包括MEMS惯性组件和电路板组件以及结构组件，所述MEMS惯性组件包括三轴MEMS陀螺仪和三轴MEMS加速度计，所述电路板组件包括电源板、数据采集及解算模块和通讯控制模块，其中数据采集及解算模块获取来自MEMS惯性组件的角速度信息和加速度信息，并参考通讯控制模块获取来自卫星导航接收机的GPS数据进行组合导航计算，不断修正惯性导航误差。/n

【技术特征摘要】
1.一种MEMS惯性测量组合，其特征在于：包括MEMS惯性组件和电路板组件以及结构组件，所述MEMS惯性组件包括三轴MEMS陀螺仪和三轴MEMS加速度计，所述电路板组件包括电源板、数据采集及解算模块和通讯控制模块，其中数据采集及解算模块获取来自MEMS惯性组件的角速度信息和加速度信息，并参考通讯控制模块获取来自卫星导航接收机的GPS数据进行组合导航计算，不断修正惯性导航误差。


2.根据权利要求1所述的MEMS惯性测量组合，其特征在于：所述数据采集及解算模块存储的第一部分程序指令在加载时执行以下步骤实现传递对准功能：
1)建立主惯导误差模型，引入速度误差和姿态误差计算公式；
2)建立MEMS惯性测量组合误差模型，引入MEMS惯性测量组合姿态矩阵
式中，I为单位阵；矩阵E中φ为步骤1)中解算得到的姿态误差角；



3)建立传递对MEMS惯性测量组合卡尔曼滤波模型：



式中，
式中，w＝[(web)T(wdb)T(03×1)T(03×1)T(03×1)T(03×1)T(wthetak)T]T
其中，φ为步骤1)中得到的姿态误差角；
δvn为步骤1)中得到的速度误差；
εb为MEMS惯性测量组合陀螺仪零偏误差；

为MEMS惯性测量组合加速度计零偏误差；
(mub)T为MEMS惯性测量组合与主惯导之间的固定安装角偏差；
(thetak)T为挠曲变形引起的弹体坐标系相对于原机体坐标系沿机体轴方向的变形角；
(omegak)T为挠曲变形角速度；
web为陀螺仪漂移白噪声误差分量；
wdb为加速度计白噪声误差分量；单位
wthetak为挠曲变形过程白噪声误差分量；
4)确定传递对准中的匹配量；采用“速度+姿态”匹配方法，该匹配方法的量测由速度量测量zv和姿态量测量zφ组成，为步骤3)增加解算关系式；“速度+姿态”匹配的量测方程为：



式中：
Hv＝[03×3I3×303×303×303×303×303×3]；
vφ、vv为对应的测量噪声，矩阵Hφ中为步骤2)中得到的MEMS惯性测量组合姿态矩阵，矩阵Hv中I3×3为单位阵；
5)进行传递对准卡尔曼滤波，通过如下卡尔曼滤波解算，最终实现传递对准功能；



式中：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：惠敬，谭旭，王敏，江亭薇，
申请(专利权)人：陕西华燕航空仪表有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61