CN104266647A - 一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪及其寻北方法 - Google Patents

一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪及其寻北方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104266647A
CN104266647A CN201410443211.2A CN201410443211A CN104266647A CN 104266647 A CN104266647 A CN 104266647A CN 201410443211 A CN201410443211 A CN 201410443211A CN 104266647 A CN104266647 A CN 104266647A
Authority
CN
China
Prior art keywords
north
transposition
north finding
master control
control borad
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410443211.2A
Other languages
English (en)
Inventor
王盛
白焕旭
任建国
孙寿才
张桃源
卫瑞
朱燕萍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Beijing Institute of Space Launch Technology
Original Assignee
China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Beijing Institute of Space Launch Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Academy of Launch Vehicle Technology CALT, Beijing Institute of Space Launch Technology filed Critical China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Priority to CN201410443211.2A priority Critical patent/CN104266647A/zh
Publication of CN104266647A publication Critical patent/CN104266647A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C17/00—Compasses; Devices for ascertaining true or magnetic north for navigation or surveying purposes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

本发明一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪涉及一种寻北仪，特别是涉及一种用于车载定向的高精度快速寻北仪。其目的是为了提供结构简单、测量误差小、测量时间短、不怕外界扰动、使用寿命长的一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪。本发明一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪包括三轴IMU组件(21)、I/F板(4)和主控板(3)，所述三轴IMU组件(21)固定在转位装置(2)的转子上，三轴IMU组件(21)是由三轴激光陀螺和三轴加速度计构成，I/F板(4)将信号传递给主控板(3)，所述主控板(3)采用了DSP+FPGA架构，主控板(3)用于完成寻北指令接收、转位寻北算法的计算、数据采集和外设控制。

Description

一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪及其寻北方法
技术领域
本发明涉及一种寻北仪，特别是涉及一种用于车载定向的高精度快速寻北仪及其寻北方法。
背景技术
传统陀螺寻北技术是依靠惯性元件在静止条件下感应地球自转角速率水平分量完成寻北功能，它通常最多需要二轴挠性陀螺和二轴加速度计，且无抗扰动寻北能力。然而，由于仪表误差等测量因素，其测量误差为216″，测量时间为5分钟，难以满足应用于测绘、矿山、隧道、军事、航空、航天等领域的高精度需求，特别在军用车载导弹定位寻北装置中，即国内武器系统、各型战车和运载器中。快速、准确、抗扰动的寻北成为行业内的研究课题。
中国实用新型专利高精度陀螺寻北仪，申请号为201420205532.4，申请日期为2014年4月25日，为一种通过精确地将一种陀螺指北针前后旋转一个准确的180°后，通过计算测量一个较为精确的寻北值。然而其对于旋转180°的高精度定位，则对测量器材的材料和使用寿命有较高的要求，使用几个月即需要更换旋转限位装置才能在往复的转动过程中达到一个准确的180°定位。其为延长使用寿命，特在两个限位块之间加装双U形弹簧来延长使用寿命，但也只能延长数月。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、测量误差小、测量时间短、不怕外界扰动、使用寿命长的一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪及其寻北方法。
本发明一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪，包括底座和转位装置，所述底座与转位装置的定子固定连接，所述转位装置的定子的前后两端设有限位座，转位装置的转子设有与限位座相配合的限位块，限位块和限位座用于将定位转子相对定子前后旋转180°，还包括三轴IMU组件、I/F板和主控板，所述三轴IMU组件固定在转位装置的转子上，三轴IMU组件是由三轴激光陀螺和三轴加速度计构成，所述三轴激光陀螺用于测量底座的角速度，所述三轴加速度计用于测量底座的加速度，三轴加速度计将电流信号传递给I/F板，所述I/F板用于将三轴加速度计输出的电流信号转换成频率信号，I/F板将频率信号传递给主控板，三轴激光陀螺将频率信号传递给主控板，所述主控板采用了DSP+FPGA架构，主控板用于完成寻北指令接收、转位寻北算法的计算、数据采集和外设控制。
本发明一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪，其中所述底座上固定有驱动板。所述驱动板用于接收IMU组件的信号，驱动板通过闭环PID控制算法生产PWM方波控制电机转动。
本发明一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪，其中所述底座为长方体形状，转位装置为圆柱体形状。
本发明一种使用基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪的寻北方法，其中包括如下步骤：
A)、主控板接收寻北指令；
B)、主控板下达控制信号到转位装置，转位装置控制IMU组件在13秒内，即0～13秒时从0°转向180°位置，并在转动过程中全程采集IMU组件的加速度和角速度数据；
C)、主控板在13～88秒时采集180°位置的三轴IMU组件的加速度和角速度，并计算出IMU组件姿态角、线速度和位置；
D)、主控板下达控制信号到转位装置，转位装置控制IMU组件在88～101秒时，从180°转向0°位置，并在转动过程中全程采集IMU组件的加速度和角速度数据，并进行卡尔曼Kalman滤波计算；
E)、主控板在101～176秒时采集0°位置的三轴IMU组件的加速度和角速度，并计算出IMU组件姿态角、线速度和位置，再进行卡尔曼Kalman滤波计算；
F)、主控板将卡尔曼Kalman滤波计算的结果(即寻北结果)向外输出，完成寻北。
本发明一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪与现有技术不同之处在于本发明一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪将二轴IMU组件改为三轴IMU组件进行寻北，因数据采集更加丰富，因此通过计算可对寻北定位更加准确快速，并且通过主控板的算法还能抵抗外界的扰动(如车的震动、晃动、大风扰动)，从而减少测量误差。
本发明一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪中驱动板根据主控板的信号控制电机转动，实现转位装置的平稳转动。
本发明一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪中因为寻北仪是要安装在长方形凹槽或长方形平台上，所以为了合理利用安装处的形状，故寻北仪的底座为长方体形状，因转位装置需要转动，故为了合理利用空间并且减轻重量，则转位装置为圆柱体形状。
本发明一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪中通过三轴IMU组件捷联寻北+低成本转位装置的两位置捷联寻北方式，提高寻北精度；采用基于重力的粗对准+Kalman滤波的快速精对准方法，实现全程抗扰动的寻北方式；采用回溯算法后实现的3min快速高精度寻北方式以及寻北流程的时间编排，保证寻北的快速性。
下面结合附图对本发明的一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪及其寻北方法作进一步说明。
附图说明
图1是一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪的主视半剖图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪包括底座1和转位装置2。底座1与转位装置2的定子固定连接。转位装置2的定子的前后两端设有限位座，转位装置2的转子设有与限位座相配合的限位块，限位块和限位座用于将定位转子相对定子前后旋转180°，还包括三轴IMU组件21、I/F板4和主控板3。三轴IMU组件21固定在转位装置2的转子上，三轴IMU组件21是由三轴激光陀螺和三轴加速度计构成。三轴激光陀螺用于测量底座1的角速度。三轴加速度计用于测量底座1的加速度，三轴加速度计将电流信号传递给I/F板4。I/F板4固定在三轴IMU组件21上，I/F板4用于将三轴加速度计输出的电流信号转换成频率信号，I/F板4将频率信号传递给主控板3，三轴激光陀螺将频率信号传递给主控板3。主控板3固定在三轴IMU组件21上，主控板3采用了DSP+FPGA架构，主控板3用于完成寻北指令接收、转位寻北算法的计算、数据采集和外设控制。
进一步的，底座1上固定有驱动板5。驱动板5用于接收IMU组件的信号，驱动板5通过闭环PID控制算法生产PWM方波控制电机转动。
进一步的，底座1为长方体形状，转位装置2为圆柱体形状。
本发明一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪的寻北方法，其中包括如下步骤：
A)、主控板3接收寻北指令；
B)、主控板3下达控制信号到转位装置2，转位装置2控制IMU组件21在13秒内，即0～13秒时从0°转向180°位置，并在转动过程中全程采集IMU组件的加速度和角速度数据；
C)、主控板3在13～88秒时采集180°位置的三轴IMU组件21的加速度和角速度，并计算出IMU组件21姿态角、线速度和位置；
D)、主控板3下达控制信号到转位装置2，转位装置2控制IMU组件21在88～101秒时，从180°转向0°位置，并在转动过程中全程采集IMU组件的加速度和角速度数据，并进行卡尔曼Kalman滤波计算；
E)、主控板3在101～176秒时采集0°位置的三轴IMU组件21的加速度和角速度，并计算出IMU组件21姿态角、线速度和位置，再进行卡尔曼Kalman滤波计算；
F)、主控板3将卡尔曼Kalman滤波计算的结果即寻北结果向外输出，完成寻北。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪，包括底座(1)和转位装置(2)，所述底座(1)与转位装置(2)的定子固定连接，所述转位装置(2)的定子的前后两端设有限位座，转位装置(2)的转子设有与限位座相配合的限位块，限位块和限位座用于将定位转子相对定子前后旋转180°，其特征在于：还包括三轴IMU组件(21)、I/F板(4)和主控板(3)，所述三轴IMU组件(21)固定在转位装置(2)的转子上，三轴IMU组件(21)是由三轴激光陀螺和三轴加速度计构成，所述三轴激光陀螺用于测量底座(1)的角速度，所述三轴加速度计用于测量底座(1)的加速度，三轴加速度计将电流信号传递给I/F板(4)，所述I/F板(4)用于将三轴加速度计输出的电流信号转换成频率信号，I/F板(4)将频率信号传递给主控板(3)，三轴激光陀螺将频率信号传递给主控板(3)，所述主控板(3)采用了DSP+FPGA架构，主控板(3)用于完成寻北指令接收、转位寻北算法的计算、数据采集和外设控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪，其特征在于：所述底座(1)上固定有驱动板(5)，所述驱动板(5)用于接收IMU组件的信号，驱动板(5)通过闭环PID控制算法生产PWM方波控制电机转动。
3.根据权利要求2所述的一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪，其特征在于：所述底座(1)为长方体形状，转位装置(2)为圆柱体形状。
4.一种使用基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪的寻北方法，其特征在于包括如下步骤：
A)、主控板(3)接收寻北指令；
B)、主控板(3)下达控制信号到转位装置(2)，转位装置(2)控制IMU组件(21)在13秒内，即0～13秒时从0°转向180°位置，并在转动过程中全程采集IMU组件的加速度和角速度数据；
C)、主控板(3)在13～88秒时采集180°位置的三轴IMU组件(21)的加速度和角速度，并计算出IMU组件(21)姿态角、线速度和位置；
D)、主控板(3)下达控制信号到转位装置(2)，转位装置(2)控制IMU组件(21)在88～101秒时，从180°转向0°位置，并在转动过程中全程采集IMU组件的加速度和角速度数据，并进行卡尔曼Kalman滤波计算；
E)、主控板(3)在101～176秒时采集0°位置的三轴IMU组件(21)的加速度和角速度，并计算出IMU组件(21)姿态角、线速度和位置，再进行卡尔曼Kalman滤波计算；
F)、主控板(3)将卡尔曼Kalman滤波计算的结果(即寻北结果)向外输出，完成寻北。
CN201410443211.2A 2014-09-02 2014-09-02 一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪及其寻北方法 Pending CN104266647A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410443211.2A CN104266647A (zh) 2014-09-02 2014-09-02 一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪及其寻北方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410443211.2A CN104266647A (zh) 2014-09-02 2014-09-02 一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪及其寻北方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104266647A true CN104266647A (zh) 2015-01-07

Family

ID=52158188

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410443211.2A Pending CN104266647A (zh) 2014-09-02 2014-09-02 一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪及其寻北方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104266647A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105136168A (zh) * 2015-08-25 2015-12-09 北京航天发射技术研究所 捷联惯性设备的低成本速率闭环转位控制方法及控制装置
CN106092073A (zh) * 2016-06-02 2016-11-09 清华大学 微机械陀螺寻北仪
CN106248104A (zh) * 2016-07-07 2016-12-21 哈尔滨工程大学 一种寻北仪用全方位快速定向及力矩补偿方法
CN109471459A (zh) * 2018-11-08 2019-03-15 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种采用分步积分pi算法的寻北仪转位控制装置及方法
CN110440799A (zh) * 2019-09-19 2019-11-12 哈尔滨工程大学 一种基于陀螺仪和加速度计的姿态角度测量融合系统及方法
CN112136020A (zh) * 2018-05-09 2020-12-25 索尼公司 信息处理装置、信息处理方法和程序

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3938256A (en) * 1970-09-17 1976-02-17 General Electric Company Quick settling gyrocompass having interaxis decoupling compensation for improved response time
US20060265120A1 (en) * 2005-04-02 2006-11-23 American Gnc Corporation Method and system for automatic stabilization and pointing control of a device
US20090070058A1 (en) * 2007-08-14 2009-03-12 American Gnc Corporation Miniaturized smart self-calibration electronic pointing method and system
CN102109351A (zh) * 2010-12-31 2011-06-29 北京航空航天大学 一种激光陀螺pos数据采集及预处理系统
CN201917341U (zh) * 2010-12-14 2011-08-03 重庆航天新世纪卫星应用技术有限责任公司 激光陀螺寻北仪
CN102257358A (zh) * 2008-12-22 2011-11-23 萨甘安全防护公司 使用惯性测量单元确定真北方向的指向的方法
CN102589546A (zh) * 2012-03-02 2012-07-18 北京航空航天大学 一种抑制器件斜坡误差影响的光纤捷联惯组往复式两位置寻北方法
CN103335643A (zh) * 2013-06-18 2013-10-02 湖北三江航天红峰控制有限公司 一种模块化光纤陀螺罗经
CN103344226A (zh) * 2013-06-27 2013-10-09 南京航空航天大学 一种基于mems旋转技术的寻北系统及方法
CN103389092A (zh) * 2013-08-13 2013-11-13 湖南航天机电设备与特种材料研究所 一种系留飞艇姿态测量装置及测量方法
CN203375968U (zh) * 2013-08-09 2014-01-01 张盛 一种快速陀螺寻北仪任意位置控制转位机构
CN203375970U (zh) * 2013-08-09 2014-01-01 张盛 任意位置转位装置及陀螺寻北仪
CN103776434A (zh) * 2012-10-23 2014-05-07 于中权 新型陀螺寻北仪和寻北方法
CN103822624A (zh) * 2014-03-12 2014-05-28 西安北方捷瑞光电科技有限公司 一种单轴激光陀螺寻北仪及其寻北方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3938256A (en) * 1970-09-17 1976-02-17 General Electric Company Quick settling gyrocompass having interaxis decoupling compensation for improved response time
US20060265120A1 (en) * 2005-04-02 2006-11-23 American Gnc Corporation Method and system for automatic stabilization and pointing control of a device
US20090070058A1 (en) * 2007-08-14 2009-03-12 American Gnc Corporation Miniaturized smart self-calibration electronic pointing method and system
CN102257358A (zh) * 2008-12-22 2011-11-23 萨甘安全防护公司 使用惯性测量单元确定真北方向的指向的方法
CN201917341U (zh) * 2010-12-14 2011-08-03 重庆航天新世纪卫星应用技术有限责任公司 激光陀螺寻北仪
CN102109351A (zh) * 2010-12-31 2011-06-29 北京航空航天大学 一种激光陀螺pos数据采集及预处理系统
CN102589546A (zh) * 2012-03-02 2012-07-18 北京航空航天大学 一种抑制器件斜坡误差影响的光纤捷联惯组往复式两位置寻北方法
CN103776434A (zh) * 2012-10-23 2014-05-07 于中权 新型陀螺寻北仪和寻北方法
CN103335643A (zh) * 2013-06-18 2013-10-02 湖北三江航天红峰控制有限公司 一种模块化光纤陀螺罗经
CN103344226A (zh) * 2013-06-27 2013-10-09 南京航空航天大学 一种基于mems旋转技术的寻北系统及方法
CN203375968U (zh) * 2013-08-09 2014-01-01 张盛 一种快速陀螺寻北仪任意位置控制转位机构
CN203375970U (zh) * 2013-08-09 2014-01-01 张盛 任意位置转位装置及陀螺寻北仪
CN103389092A (zh) * 2013-08-13 2013-11-13 湖南航天机电设备与特种材料研究所 一种系留飞艇姿态测量装置及测量方法
CN103822624A (zh) * 2014-03-12 2014-05-28 西安北方捷瑞光电科技有限公司 一种单轴激光陀螺寻北仪及其寻北方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
严恭敏等: "车载激光捷联惯导系统双位置对准研究", 《弹箭与制导学报》 *
缪玲娟等: "车载激光捷联惯导系统的快速初始对准及误差分析", 《北京理工大学学报》 *
薛海建等: "一种任意二位置陀螺寻北模型及其数据处理技术", 《兵工学报》 *
贾明等: "基于光纤陀螺的二位置快速寻北系统设计", 《传感器与微系统》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105136168A (zh) * 2015-08-25 2015-12-09 北京航天发射技术研究所 捷联惯性设备的低成本速率闭环转位控制方法及控制装置
CN105136168B (zh) * 2015-08-25 2017-12-19 北京航天发射技术研究所 捷联惯性设备的低成本速率闭环转位控制方法及控制装置
CN106092073A (zh) * 2016-06-02 2016-11-09 清华大学 微机械陀螺寻北仪
CN106092073B (zh) * 2016-06-02 2019-05-07 清华大学 微机械陀螺寻北仪
CN106248104A (zh) * 2016-07-07 2016-12-21 哈尔滨工程大学 一种寻北仪用全方位快速定向及力矩补偿方法
CN112136020A (zh) * 2018-05-09 2020-12-25 索尼公司 信息处理装置、信息处理方法和程序
CN109471459A (zh) * 2018-11-08 2019-03-15 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种采用分步积分pi算法的寻北仪转位控制装置及方法
CN109471459B (zh) * 2018-11-08 2021-07-23 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种采用分步积分pi算法的寻北仪转位控制装置及方法
CN110440799A (zh) * 2019-09-19 2019-11-12 哈尔滨工程大学 一种基于陀螺仪和加速度计的姿态角度测量融合系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104266647A (zh) 一种基于转位寻北技术的抗扰动快速寻北仪及其寻北方法
KR101988786B1 (ko) 관성 항법 장치의 초기 정렬 방법
CN103808331B (zh) 一种mems三轴陀螺仪误差标定方法
CN110887507B (zh) 一种快速估计惯性测量单元全部零偏的方法
CN103900565B (zh) 一种基于差分gps的惯导系统姿态获取方法
RU2014138559A (ru) Определение положения транспортного средства
CN102445200A (zh) 微小型个人组合导航系统及其导航定位方法
CN103697878B (zh) 一种单陀螺单加速度计旋转调制寻北方法
CN105021183A (zh) 多旋翼飞行器gps和ins低成本组合导航系统
CN103453917A (zh) 一种双轴旋转式捷联惯导系统初始对准与自标校方法
CN100575876C (zh) 陀螺罗盘多位置自主定向寻北装置
CN102768043B (zh) 一种无外观测量的调制型捷联系统组合姿态确定方法
CN109459008A (zh) 一种小型中高精度光纤陀螺寻北装置及方法
CN103292801A (zh) 光纤陀螺经纬仪及其寻北方法
CN105737854A (zh) 一种捷联惯导系统在线标定方法
CA2738665A1 (en) Method and apparatus for precision azimuth measurement
CN102645223A (zh) 一种基于比力观测的捷联惯导真空滤波修正方法
CN103063205A (zh) 一种用于寻北系统中四位置寻北测量的转位方法及机构
CN103644914A (zh) 高精度微机电组合惯导装置
CN101187558A (zh) 寻北装置
CN110501027B (zh) 一种用于双轴旋转mems-sins的最优转停时间分配方法
CN104154914A (zh) 一种空间稳定型捷联惯导系统初始姿态测量方法
Xu et al. A Miniature Integrated Navigation System for Rotary‐Wing Unmanned Aerial Vehicles
WO2013139486A1 (en) True north seeking and attitude system
Wang et al. Uav attitude measurement based on enhanced mahony complementary filter

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20150107

RJ01 Rejection of invention patent application after publication