一种MEMS捷联航姿系统技术方案

本发明专利技术涉及一种MEMS捷联航姿系统，包括盖板、主机板、电源板、电容、插座、惯性测量单元、壳体和磁航向传感器部件；壳体上方通过盖板进行封闭密封；壳体内自底部起自下而上依次平行分布有电源板和若干主机板；壳体内腔还装有惯性测量单元和磁航向传感器部件；本发明专利技术中的全阻尼信息融合技术通过磁航向传感器数据、大气机速度数据、卫星位置数据，加计比力数据的信息融合改善捷联航姿系统的航姿精度；防雷电功能的柔性电路增强了对外接口及电源雷电环境适应性，采用电路板折叠精准安装技术扩充接口，丰富外部接口，提高系统对外接口冗余度及系统集成化；IMU精准安装技术确定产品方位测量和水平姿态测量的参考基准，同时对于产品精确标定具有重要意义。确标定具有重要意义。确标定具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS捷联航姿系统


[0001]本专利技术属于捷联航姿测量
，特别涉及一种MEMS捷联航姿系统。

技术介绍

[0002]MEMS捷联航姿系统是由MEMS惯性测量单元构成的捷联航姿系统，目前在军民领域得到了的一定的应用。MEMS惯性测量单元构成的原有捷联航姿系统特点是体积小，重量轻，结构简单，缺点是功能集成性较低，功能和接口简单，接口冗余性差，融合数据源单一，并且由于体积小特征限制，电路板构成简单，对外基本无雷电防护功能，导致产品雷电环境适应性差。
[0003]目前，MEMS捷联航姿系统主要应用于无人机、直升机、飞艇等，要求该类产品功能集成性高，并具有丰富的冗余接口功能，即多路RS422接口以及ARINC429接口，需分别同各类设备诸如显示器、综合处理器、飞控、磁航向传感器以及大气机等多设备进行数据交联；另外针对各路外部接口以及电源接口，需具备一定级别的雷电防护功能，以满足雷电环境适应性要求。同时要求使用较高的IMU精准安装技术，提供较精确的航姿测量基准；使用全阻尼信息融合技术以提高产品航向和姿态性能。
[0004]然而目前的MEMS捷联航姿系统无法满足以上需求，因此，需要设计一种新型的MEMS捷联航姿系统来克服现有缺陷和不足。

技术实现思路

[0005]针对
技术介绍
中提到的原有MEMS捷联航姿系统功能和接口简单，融合数据源单一，接口冗余性差，功能集成性不高，雷电环境适应性不完备的问题，本专利技术提出一种新型MEMS捷联航姿系统。
[0006]一种MEMS捷联航姿系统，包括盖板1、主机板2、电源板3、电容4、插座5、惯性测量单元10、壳体11和磁航向传感器部件14；
[0007]所述壳体11内为空腔体，上方通过盖板1进行封闭密封；壳体11内自底部起自下而上依次平行分布有电源板3和若干主机板2；
[0008]壳体11内腔还装有惯性测量单元10和磁航向传感器部件14，外壁上设有插座5和电容4；
[0009]所述惯性测量单元10内部安装三个正交MEMS陀螺仪和MEMS加速度计，用于实时测量载体的运动角速率和加速度。
[0010]进一步的，所述壳体11底部开有三个凸台，侧壁上设有定位块；三个凸台和定位块分别作为底部和侧面的基准面。
[0011]进一步的，所述三个正交MEMS陀螺仪和MEMS加速度计共同组成IMU，IMU固定在三个凸台上，且凸台表面分别进行硫酸阳极氧化处理。
[0012]进一步的，所述主机板2之间通过支撑柱进行支撑，主机板2和电源板3之间通过支柱进行支撑。
[0013]进一步的，所述主机板上的电路板，其柔性长度在电路板间距的基础上增加4
‑
6mm，且印制板在生产时自带工艺边。
[0014]一种MEMS捷联航姿系统的控制方法，包括以下步骤：
[0015]步骤1：系统初始化，通过主机板采集三轴加速度和三轴角速率数据，计算地球物理参数、重力加速度、地球角速率、有害加速度、机体角增量、地理速度增量参数，根据机体角增量计算姿态四元数、计算姿态矩阵、计算航向及姿态角；
[0016]步骤2：通过主机板采集并解算磁航向传感器的磁航向数据进行系统航向修正；
[0017]步骤3：通过主机板采集解算卫星数据，判断卫星位置数据有效性，每4.98秒时刻进行惯性数据锁存处理，实现卫星位置数据和惯性位置数据的5秒同步；
[0018]步骤4：通过主机板采集大气数据，判断大气数据有效性，每1.5秒时刻进行惯性数据锁存处理，实现大气速度数据和惯性速度数据2秒同步；
[0019]步骤5：根据数据源信息进行组合优先判断，选择组合模式：首先判断卫星数据是否有效，若有效则进行惯性/卫星数据组合，否则进一步判断大气数据是否有效，若大气数据有效则进行惯性/大气数据组合，再进行滤波修正；若大气数据和卫星数据都无效，则通过判断加计修正是否使能，若是则进行加计调平修正，否则提示错误信息。
[0020]进一步的，所述步骤2中，修正流程包括以下子步骤：
[0021]步骤2.1:首先判断磁航向数据是否有效，若无效则过程结束；
[0022]步骤2.2：磁航向数据有效，则计算系统航向变化量和磁航向变化量，若航向变化量小于0.5
°
，磁航向变化量小于0.8
°
，姿态角在20
°
之内，三轴角速率在0.5
°
/s之内，同时满足以上条件后，则计算当前航向与磁航向的差值，若差值绝对值小于1
°
，则用原航向值减去差值的0.2倍，得出新的航向值，实现磁航向修正；
[0023]步骤2.3：利用修正的航向值更新四元数和姿态矩阵。
[0024]进一步的，所述步骤5中，具体加计调平修正内容包括以下子步骤：
[0025]步骤5.1：判断航向变化量是否小于0.5
°
，三轴角速率是否小于0.5
°
/s，三轴机体加速度的合加速度是否小于0.05m/s2，若三个条件同时满足，则确定载体处于平飞或者静止状态，可使用加计调平修正，进而利用三轴比力值计算姿态角；
[0026]步骤5.2：判断横滚角的绝对值是否满足在30
°
之内，若满足则求取本次横滚角和上次横滚角差值，若每个节拍差值的绝对值大于0.001
°
，并且横滚角差值为正数，则正向计数累加，反之，则负向计数累积；再通过判断正向计数与负向计数的差值，若大于等于10，则在原横滚角基础增加0.01
°
，累加次数分别清零；反之如果负向计数与正向计数差值大于等于10，则在原横滚角基础减掉0.01
°
，累加次数分别清零，实现加计修正横滚值，达到加计调平效果；
[0027]步骤5.3：同时判断俯仰角的绝对值是否满足在30
°
之内，若满足则求取本次俯仰角和上次俯仰角差值，若每个节拍差值的绝对值大于0.001
°
，如果俯仰角差值为正数，则正向计数累加，反之，则负向计数累积；再通过判断正向计数与负向计数的差值，若大于等于10，即在原俯仰角基础增加0.01
°
，累加次数分别清零；反之如果负向计数与正向计数差值大于等于10，则在原俯仰角基础减掉0.01
°
，累加次数分别清零，实现加计修正俯仰值，达到加计调平效果。
[0028]进一步的，所述步骤5中，进行惯性/卫星数据组合和惯性/大气数据组合时，分别
使用卫星数据和大气数据作为量测量，当完成卫星数据以及大气数据同惯性数据同步，量测得到更新后，使用卡尔曼滤波技术进行误差估计，使用估计的参数对系统数据进行修正。
[0029]专利技术效果
[0030]本专利技术的技术效果在于：本专利技术公开了一种新型MEMS捷联航姿系统，解决了原有MEMS捷联航姿系统功能和接口简单、冗余性和小型集成性不强，雷电环境适应性差的问题，实现了MEMS惯性测量单元数据采集、全阻尼信息本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS捷联航姿系统，其特征在于，包括盖板(1)、主机板(2)、电源板(3)、电容(4)、插座(5)、惯性测量单元(10)、壳体(11)和磁航向传感器部件(14)；所述壳体(11)内为空腔体，上方通过盖板(1)进行封闭密封；壳体(11)内自底部起自下而上依次平行分布有电源板(3)和若干主机板(2)；壳体(11)内腔还装有惯性测量单元(10)和磁航向传感器部件(14)，外壁上设有插座(5)和电容(4)；所述惯性测量单元(10)内部安装三个正交MEMS陀螺仪和MEMS加速度计，用于实时测量载体的运动角速率和加速度。2.如权利要求1所述的一种MEMS捷联航姿系统，其特征在于，所述壳体(11)底部开有三个凸台，侧壁上设有定位块；三个凸台和定位块分别作为底部和侧面的基准面。3.如权利要求1所述的一种MEMS捷联航姿系统，其特征在于，所述三个正交MEMS陀螺仪和MEMS加速度计共同组成IMU，IMU固定在三个凸台上，且凸台表面分别进行硫酸阳极氧化处理。4.如权利要求1所述的一种MEMS捷联航姿系统，其特征在于，所述主机板(2)之间通过支撑柱进行支撑，主机板(2)和电源板(3)之间通过支柱进行支撑。5.如权利要求1所述的一种MEMS捷联航姿系统，其特征在于，所述主机板上的电路板，其柔性长度在电路板间距的基础上增加4
‑
6mm，且印制板在生产时自带工艺边。6.一种权利要求1所述MEMS捷联航姿系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：系统初始化，通过主机板采集三轴加速度和三轴角速率数据，计算地球物理参数、重力加速度、地球角速率、有害加速度、机体角增量、地理速度增量参数，根据机体角增量计算姿态四元数、计算姿态矩阵、计算航向及姿态角；步骤2：通过主机板采集并解算磁航向传感器的磁航向数据进行系统航向修正；步骤3：通过主机板采集解算卫星数据，判断卫星位置数据有效性，每4.98秒时刻进行惯性数据锁存处理，实现卫星位置数据和惯性位置数据的5秒同步；步骤4：通过主机板采集大气数据，判断大气数据有效性，每1.5秒时刻进行惯性数据锁存处理，实现大气速度数据和惯性速度数据2秒同步；步骤5：根据数据源信息进行组合优先判断，选择组合模式：首先判断卫星数据是否有效，若有效则进行惯性/卫星数据组合，否则进一步判断大气数据是否有效，若大气数据有效则进行惯性/大气数据组合，再进行滤波修正；若大气数据和卫星数据都无效，则通过判断加计修正是否使能，若是则进行加计调平修正，否则提示错误信息。7.如权利要求6所述MEMS捷联航姿系统的控制方法，其特征在于，所述步骤2中，修正流程包括以下子步骤：步骤2.1：首先判断磁航向数据是否有效，若无效则过程结束；步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王粉娟，杨金峰，徐小军，江亭薇，黄赓，杨佳秀，王敏，王瑞，郭宏伟，刘伟林，
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：