CN102322860A - 一种传感器斜置的惯性测量组件结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于惯性导航技术领域，涉及一种捷联惯性导航系统的惯性测量组件(IMU)新型的结构设计方法。本发明将三个陀螺和加速度计等角度对称的斜置安装在惯性测量组件支架上，通过支架的安装面实现惯性测量组件和捷联惯导系统的固联；三个陀螺和三个加速度计的敏感轴不再和惯导系统的坐标系或载体的坐标系重合；显著地缩小惯性测量组件的尺寸、体积和重量；解决传统的捷联惯导系统的惯性测量组件质心偏移的问题；扩大陀螺和加速度计的测量范围，非常适合于弹载或对尺寸重量及动态范围要求高的捷联惯导系统。该发明可以提高惯性测量组件的空间利用率，改善惯性测量组件质心偏移的问题，显著地缩小惯性测量组件的结构尺寸和重量。

Description

一种传感器斜置的惯性测量组件结构

技术领域

本发明属于惯性导航技术领域，涉及一种传感器斜置的惯性测量组件结构。

背景技术

捷联惯导系统的惯性测量组件(IMU)包括三个陀螺和三个加速度计，用以敏感和测量载体的角运动和线运动，惯导系统通过对陀螺和加速度计的输出信号进行解算，得到载体的姿态、速度、位置等导航信号。在很多应用场合，例如导弹、直升机或制导炸弹的惯导系统，对惯性测量组件的尺寸、重量和体积的要求非常苛刻，而且某些导弹的动态范围非常高，需要选择量程和载体动态范围相同的传感器。

如果惯性测量组件的结构按照传统的方法进行设计：即三个陀螺和三个加速度计的敏感轴相互正交布置，和载体的坐标系(也是惯导系统的坐标系)完全重合，坐标系满足右手定则。这样的设计方法必然会造成惯性测量组件的质心和惯性测量组件的几何中心严重偏移；惯性测量组件至少有40％的空间会被浪费或利用率不高，因而极易造成惯性测量组件的尺寸、空间和重量超出使用要求；必须选择动态范围和载体动态范围相等的传感器，严重地限制了传感器的选择范围。

发明内容

本发明的目的是提出一种能够充分利用有限空间的一种传感器斜置的惯性测量组件结构。本发明的技术解决方案是：惯性测量组件结构包括一个六棱台体的支架，三个陀螺和三个加速度计，将三个陀螺和三个加速度计等角度对称的斜置安装在惯性测量组件的支架上，将三个陀螺测量到的角速度 $\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gy}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gz}}\end{array}\right),$ 通过一个转换矩阵

转换到惯导系统的坐标系下；同理，将三个加速度计测量到的加速度 $\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{ax}}\\ f_{\mathrm{ay}}\\ f_{\mathrm{az}}\end{array}\right),$ 通过另外一个转换矩阵

转换到惯导系统的坐标系下；其中，

为陀螺坐标系到惯导坐标系的转换矩阵，

加速度计坐标系到惯导坐标系的转换矩阵，实现对载体的角速度和加速度的测量；

(1)支架的结构

支架的安装面为支架的底面，支架安装面的法线与载体的最大动态输入轴平行或重合，三个陀螺安装面和三个加速度计安装面分别绕支架安装面的法线成轴对称圆周均布，陀螺安装面的法线与支架安装面的法线之间的夹角为α，加速度计安装面的法线与支架安装面的法线之间的夹角为θ；

(2)陀螺安装面的结构

陀螺安装面的法线与安装在其安装面上的陀螺敏感轴重合，三个陀螺安装面的法线和载体的最大动态输入轴Z_b之间的夹角也均为α；惯导系统的坐标系的X、Y、Z轴分别为OX_b、OY_b、OZ_b；X、Y、Z陀螺的敏感轴分别为OX_g、OY_g、OZ_g；其中OY_g在支架底面的投影为OA，OA和OY_b共线；OX_g在支架底面的投影为OB，OB和OX_b之间的夹角为γ；X、Y、Z陀螺的敏感轴之间的夹角相等，定义任意两者之间的夹角为β；

(2)加速度计安装面的结构

加速度计安装面的法线与安装在其安装面上的加速度计敏感轴重合，三个加速度计安装面的法线和载体的最大动态输入轴Z_b之间的夹角也均为θ；X、Y、Z加速度计的敏感轴分别为OX_a、OY_a、OZ_a；其中OX_a在支架底面的投影为OC；OC和OX_b之间的夹角为ψ；X、Y、Z加速度计的敏感轴之间的夹角相等，定义任意两者之间的夹角为φ；

(3)角速度转换矩阵

将三个陀螺测量的角速度 $\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gy}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gz}}\end{array}\right),$ 带入公式 $\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{by}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bz}}\end{array}\right)=T_g^b\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gy}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gz}}\end{array}\right),$ 则三个陀螺测量的角速度 $\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gy}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gz}}\end{array}\right)$ 就转换成惯导系统坐标系下的角速度 $\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{by}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bz}}\end{array}\right);$ 二者之间的转换关系为：

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{by}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bz}}\end{array}\right)=T_g^b\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gy}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gz}}\end{array}\right);$

其中：ω_gx、ω_gy、ω_gz分别为X、Y、Z轴陀螺测量到的角速度；ω_bx、ω_by、ω_bz分别为惯导坐标系下等效的X、Y、Z轴的角速度；

为陀螺坐标系到惯导坐标系3×3的转换矩阵，计算公式为：

$T_g^b=\left[\begin{array}{ccc}\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\γ}& -\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\γ}& 0\\ \sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\γ}& \sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\γ}& -\sin \mathrm{\α}\\ \cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}\end{array}\right];$

(4)加速度转换矩阵

将三个加速度计测量的加速度 $\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{ax}}\\ f_{\mathrm{ay}}\\ f_{\mathrm{az}}\end{array}\right),$ 带入公式 $\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{bx}}\\ f_{\mathrm{by}}\\ f_{\mathrm{bz}}\end{array}\right)=T_g^b\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{ax}}\\ f_{\mathrm{ay}}\\ f_{\mathrm{az}}\end{array}\right),$ 则三个加速度计测量的加速度 $\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{ax}}\\ f_{\mathrm{ay}}\\ f_{\mathrm{az}}\end{array}\right)$ 就转换成惯导系统坐标系下的加速度 $\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{bx}}\\ f_{\mathrm{by}}\\ f_{\mathrm{bz}}\end{array}\right);$ 二者之间的转换关系为： $\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{bx}}\\ f_{\mathrm{by}}\\ f_{\mathrm{bz}}\end{array}\right)=T_g^b\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{ax}}\\ f_{\mathrm{ay}}\\ f_{\mathrm{az}}\end{array}\right);$

其中：f_ax、f_ay、f_az分别为X、Y、Z轴加速度计测量到的加速度；f_bx、f_by、f_bz分别为惯导坐标系下等效的X、Y、Z轴的加速度；为加速度计坐标系到惯导坐标系3×3的转换矩阵，计算公式为：

$T_a^b=\left[\begin{array}{ccc}\sin \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\ψ}& -\sin \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\ψ}& 0\\ -\sin \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\ψ}& -\sin \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\ψ}& -\sin \mathrm{\θ}\\ \cos \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right];$

所述的陀螺安装面的法线和载体的最大动态输入轴Z_b之间的夹角α范围为30°～70°。

所述的加速度计安装面的法线与支架安装面的法线之间的夹角θ范围为30°～70°。

所述的六棱台体的支架为中空或镂空结构，镂空部分的空间用于安装电路板或者接插件。

本发明具有的优点和有益效果

将三个陀螺和加速度计等角度对称地斜置安装在惯性测量组件支架上，三个陀螺和三个加速度计的敏感轴不再与惯导系统的坐标系或载体的坐标系重合，通过支架的安装面实现惯性测量组件和惯导系统的固联；

1)显著地缩小惯性测量组件的惯性测量组件的尺寸、体积和重量，提高惯性测量组件的空间利用率，改善惯性测量组件质心偏移的问题；

2)扩大陀螺和加速度计的测量范围，可选择动态范围小于载体动态范围的传感器，解决传感器动态范围不足的问题，扩大传感器的选择范围。因传感器被斜置安装，因此其测量范围被扩大；假设陀螺和加速度计的动态范围分别为ω_max和a_max，则斜置安装后的对载体的动态运动的测量范围分别扩大到ω_max/cosα和a_max/cosθ。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明支架结构示意图；

图3是本发明陀螺安装面结构示意图；

图4是本发明加速度计安装面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

惯性测量组件结构包括一个六棱台体的支架5，三个陀螺1、2、3和三个加速度计4(另外两个看不到)，将三个陀螺和三个加速度计等角度对称的斜置安装在惯性测量组件的支架5上，将三个陀螺测量到的角速度 $\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gy}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gz}}\end{array}\right),$ 通过一个转换矩阵

转换到惯导系统的坐标系下；同理，将三个加速度计测量到的加速度 $\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{ax}}\\ f_{\mathrm{ay}}\\ f_{\mathrm{az}}\end{array}\right),$ 通过另外一个转换矩阵

转换到惯导系统的坐标系下；其中，

为陀螺坐标系到惯导坐标系的转换矩阵，加速度计坐标系到惯导坐标系的转换矩阵，实现对载体的角速度和加速度的测量；

(1)支架的结构

支架5的安装面6为支架的底面，支架安装面6的法线与载体的最大动态输入轴平行或重合，三个陀螺安装面7或8和三个加速度计安装面9分别绕支架安装面6的法线成轴对称圆周均布，陀螺安装面7或8的法线与支架安装面6的法线之间的夹角为α，加速度计安装面9的法线与支架安装面6的法线之间的夹角为θ；

(2)陀螺安装面的结构

陀螺安装面7或8的法线与安装在其安装面上的陀螺敏感轴重合，三个陀螺安装面的法线和载体的最大动态输入轴Z_b之间的夹角也均为α；惯导系统的坐标系的X、Y、Z轴分别为OX_b、OY_b、OZ_b；X、Y、Z陀螺的敏感轴分别为OX_g、OY_g、OZ_g；其中OY_g在支架底面6的投影为OA，OA和OY_b共线；OX_g在支架底面的投影为OB，OB和OX_b之间的夹角为γ；X、Y、Z陀螺的敏感轴之间的夹角相等，定义任意两者之间的夹角为β；

(2)加速度计安装面的结构

加速度计安装面9的法线与安装在其安装面上的加速度计敏感轴重合，三个加速度计安装面的法线和载体的最大动态输入轴Z_b之间的夹角也均为θ；X、Y、Z加速度计的敏感轴分别为OX_a、OY_a、OZ_a；其中OX_a在支架底面6的投影为OC；OC和OX_b之间的夹角为ψ；X、Y、Z加速度计的敏感轴之间的夹角相等，定义任意两者之间的夹角为φ；

(3)角速度转换矩阵

将三个陀螺测量的角速度 $\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gy}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gz}}\end{array}\right),$ 带入公式 $\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{by}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bz}}\end{array}\right)=T_g^b\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gy}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gz}}\end{array}\right),$ 则三个陀螺测量的角速度 $\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gy}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gz}}\end{array}\right)$ 就转换成惯导系统坐标系下的角速度 $\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{by}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bz}}\end{array}\right);$ 二者之间的转换关系为：

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{by}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bz}}\end{array}\right)=T_g^b\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gy}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gz}}\end{array}\right);$

其中：ω_gx、ω_gy、ω_gz分别为X、Y、Z轴陀螺测量到的角速度；ω_bx、ω_by、ω_bz分别为惯导坐标系下等效的X、Y、Z轴的角速度；

为陀螺坐标系到惯导坐标系3×3的转换矩阵，计算公式为：

$T_g^b=\left[\begin{array}{ccc}\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\γ}& -\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\γ}& 0\\ \sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\γ}& \sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\γ}& -\sin \mathrm{\α}\\ \cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}\end{array}\right];$

(4)加速度转换矩阵

将三个加速度计测量的加速度 $\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{ax}}\\ f_{\mathrm{ay}}\\ f_{\mathrm{az}}\end{array}\right),$ 带入公式 $\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{bx}}\\ f_{\mathrm{by}}\\ f_{\mathrm{bz}}\end{array}\right)=T_g^b\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{ax}}\\ f_{\mathrm{ay}}\\ f_{\mathrm{az}}\end{array}\right),$ 则三个加速度计测量的加速度 $\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{ax}}\\ f_{\mathrm{ay}}\\ f_{\mathrm{az}}\end{array}\right)$ 就转换成惯导系统坐标系下的加速度 $\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{bx}}\\ f_{\mathrm{by}}\\ f_{\mathrm{bz}}\end{array}\right);$ 二者之间的转换关系为： $\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{bx}}\\ f_{\mathrm{by}}\\ f_{\mathrm{bz}}\end{array}\right)=T_g^b\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{ax}}\\ f_{\mathrm{ay}}\\ f_{\mathrm{az}}\end{array}\right);$

其中：f_ax、f_ay、f_az分别为X、Y、Z轴加速度计测量到的加速度；f_bx、f_by、f_bz分别为惯导坐标系下等效的X、Y、Z轴的加速度；

为加速度计坐标系到惯导坐标系3×3的转换矩阵，计算公式为：

$T_a^b=\left[\begin{array}{ccc}\sin \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\ψ}& -\sin \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\ψ}& 0\\ -\sin \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\ψ}& -\sin \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\ψ}& -\sin \mathrm{\θ}\\ \cos \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right];$

实施例

以某个弹载捷联制导系统的捷联惯导部件设计一个惯性测量组件为例对本发明作详细说明。要求惯性测量组件最大外形尺寸为Φ150mm×60mm；沿导弹横滚轴的最大角速率为1000°/s；沿导弹横滚轴的最大加速率为15g；其余轴向最大角速度为300°/s，其余轴向最大加速度为8g；假设选某陀螺，其最大外形尺寸为Φ68mm×20mm，最大动态范围600°/s；选某加速度计，其最大外形尺寸为36mm×18mm×12mm，最大动态范围为10g。

(1)支架的结构

支架的安装面为支架的底面，支架安装面的法线与载体的最大动态输入轴Zb重合，三个陀螺安装面和三个加速度计安装面分别绕支架安装面的法线成轴对称圆周均布，陀螺安装面的法线与支架安装面的法线之间的夹角α设计为54.74°，加速度计安装面的法线与支架安装面的法线之间的夹角θ设计为51.28°；

(2)陀螺安装面的结构

陀螺安装面的法线与安装在其安装面上的陀螺敏感轴重合，三个陀螺安装面的法线和载体的最大动态输入轴Z_b之间的夹角α均为54.74°；惯导系统的坐标系的X、Y、Z轴分别为OX_b、OY_b、OZ_b；X、Y、Z陀螺的敏感轴分别为OX_g、OY_g、OZ_g；其中OY_g在支架底面的投影为OA，OA和OY_b共线；OX_g在支架底面的投影为OB，OB和OX_b之间的夹角Y为30°；X、Y、Z陀螺的敏感轴之间的夹角相等，任意两者之间的夹角β为90°；

(2)加速度计安装面的结构

加速度计安装面的法线与安装在其安装面上的加速度计敏感轴重合，三个加速度计安装面法线和载体的最大动态输入轴Z_b之间的夹角为θ均为51.28°；X、Y、Z加速度计的敏感轴分别为OX_a、OY_a、OZ_a；其中OX_a在支架底面的投影为OC；OC和OX_b之间的夹角ψ为30°；X、Y、Z加速度计的敏感轴之间的夹角相等，定义任意两者之间的夹角φ为94.99°；

(3)角速度转换矩阵

转换矩阵为陀螺坐标系转换到惯导坐标系的转换矩阵，计算公式为：

陀螺测量的角速度为 $\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gy}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gz}}\end{array}\right),$ 惯导系统坐标系下的角速度 $\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{by}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bz}}\end{array}\right);$ 二者之间的转换关系为：

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{by}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{bz}}\end{array}\right)=T_g^b\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gy}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gz}}\end{array}\right)=\left[\begin{array}{ccc}0.7323& -0.7323& 0\\ 0.4228& 0.4228& -0.8465\\ 0.5338& 0.5338& 0.5338\end{array}\right]*\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gx}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gy}}\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{gz}}\end{array}\right)$

其中：ω_gx、ω_gy、ω_gz分别为X、Y、Z轴陀螺测量到的角速度；ω_bx、ω_by、ω_bz分别为惯导坐标系下等效的X、Y、Z轴的角速度；

为陀螺坐标系到惯导坐标系3×3的转换矩阵；

(4)加速度转换矩阵

转换矩阵为加速度计坐标系到惯导坐标系的转换矩阵，计算公式为；

加速度计测量的加速度为 $\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{ax}}\\ f_{\mathrm{ay}}\\ f_{\mathrm{az}}\end{array}\right),$ 惯导系统坐标系下的加速度为 $\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{bx}}\\ f_{\mathrm{by}}\\ f_{\mathrm{bz}}\end{array}\right);$ 二者之间的转换关系为：

$\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{bx}}\\ f_{\mathrm{by}}\\ f_{\mathrm{bz}}\end{array}\right)=T_g^b\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{ax}}\\ f_{\mathrm{ay}}\\ f_{\mathrm{az}}\end{array}\right)=\left[\begin{array}{ccc}0.6757& -0.6757& 0\\ 0.3901& 0.3901& -0.7802\\ 0.6256& 0.6256& 0.6256\end{array}\right]*\left(\begin{array}{c}{f}_{\mathrm{ax}}\\ f_{\mathrm{ay}}\\ f_{\mathrm{az}}\end{array}\right)$

其中：f_ax、f_ay、f_az分别为X、Y、Z轴加速度计测量到的加速度；f_bx、f_by、f_bz分别为惯导坐标系下等效的X、Y、Z轴的加速度；

为加速度计坐标系到惯导坐标系3×3的转换矩阵；

为了进一步降低惯性测量组件的重量，将支架设计成中空结构，内部的空间用于安装电路板或者接插件，进一步提高了空间利用率；

因传感器被斜置安装后；相对于载体坐标系最大动态范围下的最大测量范围分别为：ω_max/cosα＝600(°/s)/cos54.74°＝1039.24(°/s)＞1000(°/s)；a_max/cosθ＝10g/cos 51.28°＝15.99g＞15g；惯性测量组件最大外形尺寸：Φ131.5mm×56.5mm，满足设计要求。

Claims (4)

1.一种传感器斜置的惯性测量组件结构，其特征在于，惯性测量组件结构包括一个六棱台体的支架，三个陀螺和三个加速度计，将三个陀螺和三个加速度计等角度对称的斜置安装在惯性测量组件的支架上，将三个陀螺测量到的角速度

通过一个转换矩阵 

转换到惯导系统的坐标系下；同理，将三个加速度计测量到的加速度

通过另外一个转换矩阵 

转换到惯导系统的坐标系下；其中， 

为陀螺坐标系到惯导坐标系的转换矩阵， 

加速度计坐标系到惯导坐标系的转换矩阵，实现对载体的角速度和加速度的测量；

(1)支架的结构

支架的安装面为支架的底面，支架安装面的法线与载体的最大动态输入轴平行或重合，三个陀螺安装面和三个加速度计安装面分别绕支架安装面的法线成轴对称圆周均布，陀螺安装面的法线与支架安装面的法线之间的夹角为α，加速度计安装面的法线与支架安装面的法线之间的夹角为θ；

(2)陀螺安装面的结构

陀螺安装面的法线与安装在其安装面上的陀螺敏感轴重合，三个陀螺安装面的法线和载体的最大动态输入轴Z_b之间的夹角也均为α；惯导系统的坐标系的X、Y、Z轴分别为OX_b、OY_b、OZ_b；X、Y、Z陀螺的敏感轴分别为OX_g、OY_g、OZ_g；其中OY_g在支架底面的投影为OA，OA和OY_b共线；OX_g在支架底面的投影为OB，OB和OX_b之间的夹角为γ；X、Y、Z陀螺的敏感轴之间的夹角相等，定义任意两者之间的夹角为β；

(2)加速度计安装面的结构

加速度计安装面的法线与安装在其安装面上的加速度计敏感轴重合，三个加速度计安装面的法线和载体的最大动态输入轴Z_b之间的夹角也均为θ；X、Y、Z加速度计的敏感轴分别为OX_a、OY_a、OZ_a；其中OX_a在支架底面的投影为OC；OC和OX_b之间的夹角为ψ；X、Y、Z加速度计的敏感轴之间的夹角相等，定义任意两者之间的夹角为φ；

(3)角速度转换矩阵 

将三个陀螺测量的角速度

带入公式

则三个陀螺测量的角速度

就转换成惯导系统坐标系下的角速度

二者之间的转换关系为：

其中：ω_gx、ω_gy、ω_gz分别为X、Y、Z轴陀螺测量到的角速度；ω_bx、ω_by、ω_bz分别为惯导坐标系下等效的X、Y、Z轴的角速度； 为陀螺坐标系到惯导坐标系3×3的转换矩阵，计算公式为：

(4)加速度转换矩阵 

将三个加速度计测量的加速度

带入公式则三个加速度计测量的加速度

就转换成惯导系统坐标系下的加速度

二者之间的转换关系为：

其中：f_ax、f_ay、f_az分别为X、Y、Z轴加速度计测量到的加速度；f_bx、f_by、f_bz分别为惯导坐标系下等效的X、Y、Z轴的加速度； 

为加速度计坐标系到惯导坐标系3×3的转换矩阵，计算公式为：

。

2.根据权利要求1所述的一种传感器斜置的惯性测量组件结构，其特征在于，所述的陀螺安装面的法线和载体的最大动态输入轴Z_b之间的夹角α范围为30°～70°。

3.根据权利要求1所述的一种传感器斜置的惯性测量组件结构，其特征在于， 所述的加速度计安装面的法线与支架安装面的法线之间的夹角θ范围为30°～70°。

4.根据权利要求1所述的一种传感器斜置的惯性测量组件结构，其特征在于，所述的六棱台体的支架为中空或镂空结构，镂空部分的空间用于安装电路板或者接插件。 

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