【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于惯性导航设备，尤其是一种微型惯性组合导航装置及其测量方法。
技术介绍
1、惯性组合导航装置是一种无依托自主定向、测姿并实时输出航向角、姿态角的惯性测量装置。其工作原理为：利用陀螺仪敏感地球自转角速率，采集陀螺仪敏感轴不同指向的输出数据，经解算可得到陀螺仪敏感轴初始位置指向与真北方向的夹角，即航向角；通过加速度计敏感重力加速度，采集加速度计的输出数据，经解算可得到姿态角度；将上述航向角与姿态角作为基准角度设置姿态传感器的初始零偏角度，即可实现航向角、姿态角实时测量输出功能。
2、现有的惯性组合导航装置基本是采用光纤陀螺仪或激光陀螺仪和石英加速度计组成的惯性导航装置，体积重量大，不利于便携使用，功耗大，且价格昂贵，对于便携式载体不友好；而现有的采用微机械陀螺仪及微型加速度计制造的微型惯性导航单元，只能测量角度变化的相对量，方位基准的测量均是由磁通门传感器完成测量的，由于地球磁轴是处于不断运动状态的，因此所得到的方位角结果并不准确，如果处于磁干扰环境则无法测量方位角。因此需要设计一种能够测量真北方位角且体积小、重量轻、功耗低且价格较低的惯性组合导航装置来满足便携式载体的使用需求。
3、科里奥利效应又称科里奥利加速度，是一种在旋转坐标系中移动的物体会受到偏转力的现象。基于科里奥利效应的微机械陀螺仪，其基座上的振动块与挠性弹簧结构组成二维弹性阻尼系统，陀螺仪整体的旋转和振动块的振动构成产生科里奥利效应的条件，连接在振动块上的传感检测电容在科里奥利加速度的作用下产生能量转移，引起电学量的变化，从而将角速
4、微型加速度计是可敏感重力加速度的传感器，其内部的惯性质量块受到重力加速度的影响而产生位移，通过其内部传感器将惯性质量块的位移量转化为电信号即可计算重力加速度。
5、姿态传感器集成了三轴微机械陀螺仪和三轴微型加速度计，利用陀螺仪敏感角速率原理及加速度计敏感重力加速度原理，经采集数据后解算可实时测量相对航向角和姿态角。
6、基于上述技术，预设计一种体积小、功耗低、抗干扰能力强的全自动组合导航装置。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种设计合理、使用简单、体积小重量轻、低功耗且抗干扰能力强的微型惯性组合导航装置及其测量方法。
2、本专利技术的上述目的之一通过以下技术方案来实现：
3、一种微型惯性组合导航装置，包括基座、壳体、微型陀螺仪、微型加速度计、伺服转位机构、旋转部支架、控制解算单元、姿态传感器、卫星导航板卡、射频天线、人机接口单元、外接电气接口、射频天线接口、电池组、电源转换单元；所述微型陀螺仪、微型加速度计通过旋转部支架安装在伺服转位机构的旋转部上；伺服转位机构、控制解算单元、姿态传感器、卫星导航板卡、电源转换单元、电池组均安装在基座上；所述人机接口单元安装在壳体上；
4、所述微型陀螺仪的角速率敏感轴与伺服转位机构的旋转轴呈相互垂直设置；所述伺服转位机构包括伺服电机、编码器、伺服控制电路和导电滑环，导电滑环安装于伺服电机在旋转部支架下方与伺服电机上端之间的预留空间内；伺服转位机构的旋转轴与基座水平面呈垂直设置；基座具有方位引出功能的垂直机械加工靠面并且安装有外接电气接口和射频天线接口；所述微型陀螺仪和微型加速度计通过导电滑环与控制解算单元电连接；所述控制解算单元分别与伺服转位机构、姿态传感器、卫星导航板卡、人机接口单元、电源转换单元、外接电气接口电连接，所述卫星导航板卡通过射频天线接口与射频天线电连接；所述电池组与外接电气接口电连接。
5、而且，所述微型陀螺仪采用微型微机械陀螺仪或谐振陀螺仪。
6、本专利技术的上述目的之二通过以下技术方案来实现：
7、一种基于上述微型惯性组合导航装置的测量方法，包括如下步骤：
8、步骤1、录入纬度信息存储到控制解算单元的存储器中；
9、步骤2、控制解算单元与伺服控制电路通讯，再由伺服控制电路通过读取编码器角度变化量控制伺服转位机构转动，使微型陀螺仪角速率敏感轴对准第一方位引出方向，测量微型陀螺仪和微型加速度计的输出，完成第一方位测量；
10、步骤3、控制解算单元与伺服控制电路通讯，再由伺服控制电路通过读取编码器角度变化量控制伺服转位机构转动，使微型陀螺仪角速率敏感轴对准第二方位引出方向，开始测量微型陀螺仪和微型加速度计的输出，完成第二方位测量；重复该过程直至完成解算要求的所有方位测量；
11、步骤4、解算对准测量结果和姿态测量结果并显示，结束初始对准测量；
12、步骤5、根据初始对准测量结果设置姿态传感器的初始零偏角度并实时读取、显示姿态传感器测量输出结果，实现实时测量功能。
13、而且，步骤1中，录入纬度信息可采用的方式为：在卫星导航信号良好时，可通过读取卫星导航板卡的输出完成纬度信息录入；在卫星导航信号差或没有卫星导航信号时，可通过人机接口单元输入纬度信息完成纬度信息录入。
14、本专利技术具有的优点和积极效果为：
15、1、本组合导航装置是一种采用敏感地球自转角速度分量的微型陀螺仪和敏感重力加速度的微型加速度计实现自主定向、测姿的惯性仪器，由于本装置是通过测量地球自转角速度分量和重力加速度这些物理量完成真北方位角及姿态角的测量，再配合壳体与基座的屏蔽设计，因此不受气象、电磁等环境因素的影响。
16、2、本组合导航装置体积小、重量轻，能与各类载体组合安装，提高载体空间利用率，结合全自动测量方法，实现载体自主测量。
17、3、本组合导航装置集成了自供电电路和人机交互装置，一体化程度高，单机使用时不需要外接上位机和电池供电装置，进一步提升了便携性，更适合单人携带至复杂环境使用。
18、4、本组合导航装置完全采用微纳米技术生产的敏感元器件和传感器，因此功耗更低，一次充电后使用时间更长。
19、5、本组合导航装置自动化程度高，测量方法简单快捷，可实现一键测量，快速测量解算真北方位角和倾斜角并实时输出测量结果。
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1.一种微型惯性组合导航装置，其特征在于：包括基座、壳体、微型陀螺仪、微型加速度计、伺服转位机构、旋转部支架、控制解算单元、姿态传感器、卫星导航板卡、射频天线、人机接口单元、外接电气接口、射频天线接口、电池组、电源转换单元；所述微型陀螺仪、微型加速度计通过旋转部支架安装在伺服转位机构的旋转部上；伺服转位机构、控制解算单元、姿态传感器、卫星导航板卡、电源转换单元、电池组均安装在基座上；所述人机接口单元安装在壳体上；
2.根据权利要求1所述的微型惯性组合导航装置，其特征在于：所述微型陀螺仪采用微型微机械陀螺仪或谐振陀螺仪。
3.一种基于权利要1-2所述的微型惯性组合导航装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的基于权利要1-2所述的微型惯性组合导航装置的测量方法，其特征在于：步骤1中，录入纬度信息可采用的方式为：在卫星导航信号良好时，可通过读取卫星导航板卡的输出完成纬度信息录入；在卫星导航信号差或没有卫星导航信号时，可通过人机接口单元输入纬度信息完成纬度信息录入。
【技术特征摘要】
1.一种微型惯性组合导航装置，其特征在于：包括基座、壳体、微型陀螺仪、微型加速度计、伺服转位机构、旋转部支架、控制解算单元、姿态传感器、卫星导航板卡、射频天线、人机接口单元、外接电气接口、射频天线接口、电池组、电源转换单元；所述微型陀螺仪、微型加速度计通过旋转部支架安装在伺服转位机构的旋转部上；伺服转位机构、控制解算单元、姿态传感器、卫星导航板卡、电源转换单元、电池组均安装在基座上；所述人机接口单元安装在壳体上；
2.根据权利要求1所述的微型惯性组合导...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱宇亮，邰洋，薛琳生，程志伟，
申请(专利权)人：天津市旗领测控科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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