【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及导航系统设计，特别是一种基于旋转调制的偏振/微惯性导航系统，解决低成本自主导航系统误差抑制与自标定问题。
技术介绍
1、无人系统在武器平台等军用领域、工业和高端消费等民用领域的小型化和紧凑化对导航系统提出了新需求，亟需研究一种轻小型、低成本、高精度的自主导航系统。现有无人系统导航架构一般以惯性导航为核心，以卫星导航、地球物理场导航、天文导航等为辅助，构成组合导航系统。但是卫星导航易受电磁干扰、地球物理场导航需要先验信息，传统的天文导航方法成本较高，上述缺点限制了辅助导航技术的进一步应用。中国专利申请cn201810583488.3(一种基于单轴旋转调制的惯性天文组合导航系统及计算方法)实现了单轴旋转型惯导系统和小视场星敏感器天文导航系统的一体化设计，提高了导航精度，但是此系统是由两个单轴旋转机构的构成，存在结构复杂，安装误差交叉耦合等缺点，影响了系统在可靠性和精度上的进一步提升。
2、在提升微惯性导航系统精度方面，旋转调制技术是一种低成本的误差自补偿方法，双轴或者三轴旋转型惯导系统存在结构复杂、可靠性低等缺点，单轴旋转调制技术在抑制微惯性传感器精度方面具有较大应用潜力。论文“一种用于mems-imu的单轴旋转调制方法”分析了单轴旋转调制技术对mems惯性传感器常值漂移、标度因数误差和安装误差的调制效果，但是该系统的航向角仍存在缓慢漂移，需要进一步提高航向角精度。在辅助导航技术方面，偏振导航传感器能够实现航向角测量，且具有自主性高、成本低、误差不累积等优势，逐渐成为辅助导航
的研究热点。中国专利申请
3、综上所述，针对高精度、低成本自主导航系统在误差抑制与自标定方面的不足，迫切需要研究一种具有误差抑制和自标定能力的低成本组合导航系统，结合微惯性导航、偏振导航和旋转调制技术，提高导航系统误差在线标定和高精度导航能力。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于旋转调制的偏振/微惯性导航系统，通过将微惯性传感器和偏振传感器安装在所述旋转单元上，利用所述电机按照转位方案带动旋转单元转动，激励导航系统中与旋转角速度耦合的误差项，通过增量式圆光栅和读数头测量旋转单元的旋转角度，用于偏振传感器和微惯性传感器的数据解调，设计一种低成本、高精度偏振/微惯性导航系统，实现系统的误差自标定。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于旋转调制的偏振/微惯性导航系统，包括旋转单元和固定单元，所述旋转单元包括微惯性传感器、偏振传感器、旋转端信息处理单元、旋转角度测量单元中的增量式圆光栅、滑环转子、无线供电接收模块、第一无线通信模块，所述固定单元包括固定端信息处理单元、旋转角度测量单元中的读数头、滑环定子、无线供电发送模块、第二无线通信模块；
4、通过电机带动所述旋转单元以转位方案转动，所述旋转单元与固定单元之间的通信和供电模块通过接触或者非接触方式为所述旋转单元提供电能，实现所述旋转单元与固定单元之间的信息交互；
5、所述旋转角度测量单元的读数头安装于增量式圆光栅的一侧，固定端信息处理单元采集读数头输出的±5v差分信号，计算得到旋转单元的旋转角速度和角度信息；
6、所述微惯性传感器的zs轴方向和增量式圆光栅的轴心与旋转单元的回转中心一致；所述偏振传感器的轴心与旋转单元的回转中心成一定角度，安装于旋转单元顶部，即安装于微惯性传感器上侧，所述偏振传感器用于检测大气偏振光场信息；
7、所述旋转端信息处理单元通过spi总线采集所述微惯性传感器中的三轴陀螺仪的数据和三轴加速度计的数据，通过uart串口采集偏振传感器数据，旋转端信息处理单元将微惯性传感器和偏振传感器数据通过所述旋转单元与固定单元之间的通信和供电模块传输至固定端信息处理单元，在固定端信息处理单元标定和补偿导航系统误差，并解算出导航信息，通过通信接口传输至上位机。
8、进一步地，所述偏振传感器为点源式偏振传感器，通过电机带动点源式偏振传感器按照转位方案旋转，用于提高偏振传感器的信息获取能力和实现偏振传感器的误差自标定。
9、进一步地，所述旋转单元和固定单元之间的通信和供电模块包括两种工作方式，工作方式一为：通信供电单元由滑环转子和滑环定子构成，通过接触式信号和能量传输方法，实现旋转单元和固定单元之间的通信和供电；工作方式二为：为了避免滑环的摩擦磨损、寿命有限得到缺点，通过无线通信单元和无线供电单元，实现旋转单元和固定单元之间的信息交互和能量传输，所述无线供电单元由无线供电接收模块和无线供电发送模块构成，无线供电原理为磁耦合谐振或者电磁感应方式；无线通信单元包括第一无线通信模块和第二无线通信模块。
10、进一步地，所述旋转端信息处理单元包括微处理器arm1和第一电源模块，第一电源模块接收旋转单元与固定单元之间的通信和供电模块的电源，实现二次稳压和分压，为所述旋转端信息处理单元、微惯性传感器、偏振传感器供电。
11、进一步地，所述固定端信息处理单元由微处理器arm2、第二电源模块、rs422/rs485接口电路、电机驱动模块和差分转单端电路构成，供电接口为第二电源模块提供输入电源，所述第二电源模块为固定端信息处理单元和旋转单元与固定单元之间的通信和供电模块提供电源；微处理器arm2中的数据经过所述rs422/rs485接口电路与导航系统外部通信；电机驱动模块与微处理器arm2之间通过rs232实现数据交互。
12、进一步地，所述读数头输出±5v差分信号至差分转单端电路，在微处理器arm2中实现四倍频，计算得到旋转单元旋转角度和角速度；所述读数头输出±5v差分信号至电机驱动模块，实现电机闭环控制。
13、本专利技术与现有技术相比的有益效果在于：
14、本专利技术针对现有组合导航系统在误差抑制和自标定方面的不足，结合旋转调制、惯性导航和偏振导航等技术，专利技术了一种高精度、低成本的自主导航系统，可实现系统与电机旋转角速度耦合误差项的激励，具有误差抑制和自标定能力；所述电机带动偏振传感器转动，具有偏振传感器场外自标定功能，并增大偏振传感器视场，适用于部分建筑物遮挡的干扰环境；本专利技术能够通过旋转调制技术，使偏振/微惯性组合导航系统具有误差抑制和自标定功能，满足无人系统对自主导航系统的高精度、低成本需求。
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1.一种基于旋转调制的偏振/微惯性导航系统，其特征在于，包括旋转单元和固定单元，所述旋转单元包括微惯性传感器、偏振传感器、旋转端信息处理单元、旋转角度测量单元中的增量式圆光栅、滑环转子、无线供电接收模块、第一无线通信模块，所述固定单元包括固定端信息处理单元、旋转角度测量单元中的读数头、滑环定子、无线供电发送模块、第二无线通信模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于旋转调制的偏振/微惯性导航系统，其特征在于：所述偏振传感器为点源式偏振传感器，通过电机带动点源式偏振传感器按照转位方案旋转，用于提高偏振传感器的信息获取能力和实现偏振传感器的误差自标定。
3.根据权利要求1所述的一种基于旋转调制的偏振/微惯性导航系统，其特征在于：所述旋转单元和固定单元之间的通信和供电模块包括两种工作方式，工作方式一为：通信供电单元由滑环转子和滑环定子构成，通过接触式信号和能量传输方法，实现旋转单元和固定单元之间的通信和供电；工作方式二为：为了避免滑环的摩擦磨损、寿命有限等缺点，通过无线通信单元和无线供电单元，实现旋转单元和固定单元之间的信息交互和能量传输，所述无线供电单元由无线供
4.根据权利要求1所述的一种基于旋转调制的偏振/微惯性导航系统，其特征在于：所述旋转端信息处理单元包括微处理器ARM1和第一电源模块，第一电源模块接收旋转单元与固定单元之间的通信和供电模块的电源，实现二次稳压和分压，为所述旋转端信息处理单元、微惯性传感器、偏振传感器供电。
5.根据权利要求1所述的一种基于旋转调制的偏振/微惯性导航系统，其特征在于：所述固定端信息处理单元由微处理器ARM2、第二电源模块、RS422/RS485接口电路、电机驱动模块和差分转单端电路构成，供电接口为第二电源模块提供输入电源，所述第二电源模块为固定端信息处理单元和旋转单元与固定单元之间的通信和供电模块提供电源；微处理器ARM2中的数据经过所述RS422/RS485接口电路与导航系统外部通信；电机驱动模块与微处理器ARM2之间通过RS232实现数据交互。
6.根据权利要求1所述的一种基于旋转调制的偏振/微惯性导航系统，其特征在于：所述读数头输出±5V差分信号至差分转单端电路，在微处理器ARM2中实现四倍频，计算得到旋转单元旋转角度和角速度；所述读数头输出±5V差分信号至电机驱动模块，实现电机闭环控制。
...【技术特征摘要】
1.一种基于旋转调制的偏振/微惯性导航系统，其特征在于，包括旋转单元和固定单元，所述旋转单元包括微惯性传感器、偏振传感器、旋转端信息处理单元、旋转角度测量单元中的增量式圆光栅、滑环转子、无线供电接收模块、第一无线通信模块，所述固定单元包括固定端信息处理单元、旋转角度测量单元中的读数头、滑环定子、无线供电发送模块、第二无线通信模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于旋转调制的偏振/微惯性导航系统，其特征在于：所述偏振传感器为点源式偏振传感器，通过电机带动点源式偏振传感器按照转位方案旋转，用于提高偏振传感器的信息获取能力和实现偏振传感器的误差自标定。
3.根据权利要求1所述的一种基于旋转调制的偏振/微惯性导航系统，其特征在于：所述旋转单元和固定单元之间的通信和供电模块包括两种工作方式，工作方式一为：通信供电单元由滑环转子和滑环定子构成，通过接触式信号和能量传输方法，实现旋转单元和固定单元之间的通信和供电；工作方式二为：为了避免滑环的摩擦磨损、寿命有限等缺点，通过无线通信单元和无线供电单元，实现旋转单元和固定单元之间的信息交互和能量传输，所述无线供电单元由无线供电接收模块和无线供电发送模块构成，无线供电原理为磁耦合谐振或者电磁感应方式；无线通...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭雷，牛萌，张泽君，余翔，杨健，刘鑫，章枝，
申请(专利权)人：北京航空航天大学杭州创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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