【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空，具体涉及一种基于惯性测量单元的无人机推力线测量装置及测量方法。
技术介绍
1、火箭推助发射是无人机飞行过程中的一个重要环节，无人机依靠自身动力和火箭助推器产生的推力，由静止状态加速到安全的飞行速度和高度，火箭助推器分离后，无人机在自身动力作用下进入航线飞行。无人机起飞过程中的速度由推助火箭和发动机的推力决定，起飞过程的稳定性能由机体俯仰角决定，推力线的测量准确性是无人机发射成功的关键因素。
2、目前，采用火箭助推零长发射无人机的推力线基本上都是通过吊挂进行测量。无人机的吊挂通过吊杆来实现，通过测量吊杆与测量筒偏移的方位距离来实现对无人机推力线的测量和调整。如现有技术(cn111196375a)其推力线测量装置包括吊环、基座组件、第一调节组件、第二调节组件以及测量组件。火箭锥座和测量筒构成了吊杆本体的使用环境。但该技术中推力线数据的观测需要操作员站在操作台上进行人工读数，存在操作繁琐，测量误差较大、测量时间长等问题，没有实现数据读取和处理的自动化。
3、另外，目前的测量过程主要通过钢尺、卡尺等测量工具进行手动测量(如现有技术cn209617539u、cn210375528u)，在面临实际测量环境中存在的机体晃动，测量位置不适宜人员操作等问题时，存在测量误差大、测量时间长、操作困难等问题，容易使测量结果不准确，造成无人机发射失败。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请实施例提供一种基于平面式惯性测量单元阵列的无人机推力线测量系统，以达到测量过程
2、本申请实施例提供以下技术方案：一种基于惯性测量单元的无人机推力线测量装置，包括：
3、测量筒安装连接座，所述测量筒安装连接座包括圆形底板和固定在所述圆形底板上的环形侧壁，使所述测量筒安装连接座整体呈圆盘状，所述测量筒安装连接座还包括管状连接件，所述管状连接件包括相互连接的第一段和第二段，且所述第一段的管径小于所述第二段的管径，所述圆形底板上开设通孔，所述管状连接件固定在所述通孔处，且使所述第一段位于所述测量筒安装连接座的圆盘内，使得所述测量筒安装连接座内形成环形槽，所述第二段位于所述测量筒安装连接座的圆盘外；
4、pcb电路板，所述pcb电路板固定安装在所述测量筒安装连接座的环形槽内，所述pcb电路板上设置处理器、imu阵列和对外通信接口，所述imu阵列用于采集测量筒的姿态角度，所述处理器用于对imu阵列采集到的姿态角度数据进行分析处理，并通过所述对外通讯接口将数据发送至外部设备；
5、连接座上盖，所述连接座上盖的中部开设通孔，所述连接座上盖固定安装在所述测量筒安装连接座上；
6、测量筒和吊杆，所述测量筒的顶端与所述管状连接件的第二段固定连接，所述测量筒的底端固定在无人机上，所述吊杆依次贯穿所述测量筒、所述管状连接件和所述连接座上盖，所述吊杆的底端悬挂无人机。
7、根据本申请一种实施例，所述imu阵列为四块，四个imu芯片以环形正交的排列方式焊接在所述pcb电路板上。
8、根据本申请一种实施例，所述装置还包括4.2v并联锂电池组，所述pcb电路板上还包括锂电池供电和充电接口和ldo稳压器，所述4.2v并联锂电池组通过所述锂电池供电和充电接口及所述ldo稳压器为整个系统供电。
9、根据本申请一种实施例，所述测量筒安装连接座的环形侧壁上开设充电孔，用于为所述4.2v并联锂电池组充电。
10、根据本申请一种实施例，所述pcb电路板上还包括烧录调试接口、开关按键、锂电池充电管理芯片、type-c充电口、充电状态指示灯以及工作状态指示灯。
11、根据本申请一种实施例，所述连接座上盖通过螺钉固定安装在所述测量筒安装连接座上，所述pcb电路板通过螺钉固定安装在所述测量筒安装连接座的环形槽内。
12、根据本申请一种实施例，所述处理器选用lqfp48封装的stm32f103c8t6。
13、本申请还提供一种如上述的基于惯性测量单元的无人机推力线测量装置的测量方法，包括：
14、系统上电后，处理器通过spi接口与四块imu阵列进行通讯，采集imu阵列的原始数据；
15、根据imu阵列的静态数据，计算imu阵列的零偏、刻度系数；
16、将所述imu阵列的零偏、刻度系数写入所述处理器中，以通过所述处理器对imu阵列的所述原始数据的离线误差进行修正；
17、根据imu阵列修正后的原始数据，通过allan方差算法，计算每个imu自身的角度随机游走及速率随机游走的谱密度以及imu之间的角度随机游走和速率随机游走的谱密度相关性，再根据所述谱密度相关性，通过最优线性权重估计算法，计算imu阵列陀螺信号的最优线性组合权重；将该最优线性组合权重写入所述处理器中，以通过所述处理器对imu阵列的数据进行加权融合，得到融合后的姿态数据，最后将融合后的姿态数据转换为推力线测量值后输出。
18、现有的无人机推力线测量装置都是在吊挂法基础上，依靠机械式测量仪器以及人工读数的方式来进行测量，在数据读取的精度和效率上都有所欠缺。与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：
19、本专利技术实施例提出了一种基于平面式惯性测量单元阵列的无人机推力线测量系统方案，包括测量筒安装连接座，惯性测量单元阵列电路板，上盖等。本专利技术实施例利用四个环形正交安装的imu阵列，通过离线标定和加权融合的方式获得测量筒的姿态角度，进而利用已知的参数换算出无人机重心和推力线的偏差值，并向上位机发送数据，进行处理和保存。本专利技术实施例的测量过程无需人员介入，避免了人员以及钢尺、卡尺等测量设备与测量筒以及缆绳或吊杆的直接接触，减少对测量过程的干扰，并且能够自动采集数据并计算获得无人机重心和推力线的偏差值，提高了测量的效率和精度，有效保障无人机的火箭助推零长发射。
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1.一种基于惯性测量单元的无人机推力线测量装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于惯性测量单元的无人机推力线测量装置，其特征在于，所述IMU阵列为四块，四个IMU芯片以环形正交的排列方式焊接在所述PCB电路板上。
3.根据权利要求1所述的基于惯性测量单元的无人机推力线测量装置，其特征在于，所述装置还包括4.2V并联锂电池组，所述PCB电路板上还包括锂电池供电和充电接口和LDO稳压器，所述4.2V并联锂电池组通过所述锂电池供电和充电接口及所述LDO稳压器为整个系统供电。
4.根据权利要求3所述的基于惯性测量单元的无人机推力线测量装置，其特征在于，所述测量筒安装连接座的环形侧壁上开设充电孔，用于为所述4.2V并联锂电池组充电。
5.根据权利要求1所述的基于惯性测量单元的无人机推力线测量装置，其特征在于，所述PCB电路板上还包括烧录调试接口、开关按键、锂电池充电管理芯片、Type-C充电口、充电状态指示灯以及工作状态指示灯。
6.根据权利要求1所述的基于惯性测量单元的无人机推力线测量装置，其特征在于，所述连接座上
7.根据权利要求1所述的基于惯性测量单元的无人机推力线测量装置，其特征在于，所述处理器选用LQFP48封装的STM32F103C8T6。
8.一种如权利要求1至7任一项所述的基于惯性测量单元的无人机推力线测量装置的测量方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于惯性测量单元的无人机推力线测量装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于惯性测量单元的无人机推力线测量装置，其特征在于，所述imu阵列为四块，四个imu芯片以环形正交的排列方式焊接在所述pcb电路板上。
3.根据权利要求1所述的基于惯性测量单元的无人机推力线测量装置，其特征在于，所述装置还包括4.2v并联锂电池组，所述pcb电路板上还包括锂电池供电和充电接口和ldo稳压器，所述4.2v并联锂电池组通过所述锂电池供电和充电接口及所述ldo稳压器为整个系统供电。
4.根据权利要求3所述的基于惯性测量单元的无人机推力线测量装置，其特征在于，所述测量筒安装连接座的环形侧壁上开设充电孔，用于为所述4.2v并联锂电池组充电。
【专利技术属性】
技术研发人员：张谦，黄茂兴，周洪，韩扬，宣凯涛，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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