CN110057357B - 一种载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法，包括以下步骤：一、单个微机械陀螺的检测轴、振动轴和敏感轴的确定；二、微机械陀螺单元的安装布设；三、微机械陀螺阵列的安装布设。本发明步骤简单，实现方便，设计合理，通过多个微机械陀螺单元进行阵列，且每个微机械陀螺单元均布设八个微机械陀螺，有效地减少MEMS微机械陀螺受温度、加速度等因素的影响，提高了微机械陀螺测量单元的输出精度，提高获取载体角速度的精度，且单个微机械陀螺成本较低。

Description

一种载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法
技术领域
本发明属于微惯性航姿技术领域，尤其是涉及一种载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法。
背景技术
MEMS(微机械)陀螺以其低成本、小体积、易批量生产等优点，在无人机、机器人、图像稳定器等领域得到了广泛的应用，随着工业化与生产工艺的进步，其成本在逐年下降，而精度在逐步提升。但由于其噪声大、零偏稳定性差、易受环境因素影响等原因，在高精度应用场合鲜有应用。
但是高精度MEMS陀螺的研发是一个较为复杂的系统，很难在短时间内取得巨大突破，且需要投入极大的人力及物力，目前进展比较慢，现有的高精度MEMS陀螺价格仍比较高，精度在5度/小时左右的陀螺仪价格在五万左右，应用场合仍受到很大限制。因此，现如今缺少一种结构简单、设计合理的载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法，采用多个微机械陀螺单元进行阵列，提高获取载体角速度的精度，且单个微机械陀螺成本较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法，其方法步骤简单，实现方便，设计合理，通过多个微机械陀螺单元进行阵列，且每个微机械陀螺单元均布设八个微机械陀螺，有效地减少微机械陀螺受温度、加速度等因素的影响，提高了微机械陀螺测量单元的输出精度，提高获取载体角速度的精度，且单个微机械陀螺成本较低，实用性强。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、单个微机械陀螺的检测轴、振动轴和敏感轴的确定：
步骤101、数据处理器根据公式
Figure GDA0002233996920000021
得到在东北天坐标系下载体所在地沿天向方向的地球自转角速度分量ωtd；其中，L表示载体所在地的纬度；
步骤102、将单个微机械陀螺水平放置在水平平台上，且单个微机械陀螺的敏感轴向上；然后以单个微机械陀螺的顶面中心为原点O，过原点O与单个微机械陀螺的敏感轴方向重合为单个微机械陀螺的Z轴，过原点O且与单个微机械陀螺的纵轴重合为单个微机械陀螺的Y轴，过原点O与单个微机械陀螺的横轴重合且与单个微机械陀螺的Y轴和单个微机械陀螺的Z轴均垂直为单个微机械陀螺的X轴；其中，所述单个微机械陀螺的Z轴、单个微机械陀螺的Y轴和单个微机械陀螺的X轴符合右手直角坐标系，所述单个微机械陀螺的第一引脚位于由所述单个微机械陀螺的X轴和所述单个微机械陀螺的Y轴组成的坐标系中的第二象限；
步骤103、将单个微机械陀螺静止放置于水平平台上，使单个微机械陀螺的Y轴的正向指向正南，单个微机械陀螺的Z轴的正向指向正东，单个微机械陀螺的X轴的正向指向正上,则单个微机械陀螺的X轴感知到1g加速度，且g＝9.8m/s2；
数据处理器对单个微机械陀螺输出的第一角速度进行采集，并将数据处理器第i1次采集到的第一角速度记作ω1(i1)；数据处理器根据公式得到单个微机械陀螺输出的第一零偏估计值
Figure GDA0002233996920000023
其中，N表示采集总次数，i1和N均为正整数，且i1的取值范围为1～N；
步骤104、将单个微机械陀螺静止放置于水平平台上，使单个微机械陀螺的Y轴的正向指向正南，单个微机械陀螺的Z轴的正向指向正西，单个微机械陀螺的X轴的正向指向正下，则单个微机械陀螺的X轴感知到-1g加速度；
数据处理器对单个微机械陀螺输出的第二角速度进行采集，并将数据处理器第i2次采集到的第二角速度记作ω2(i2)；数据处理器根据公式
Figure GDA0002233996920000031
得到单个微机械陀螺输出的第二零偏估计值
Figure GDA0002233996920000032
其中，i2为正整数，且i2的取值范围为1～N；
步骤105、将单个微机械陀螺静止放置于载体的水平平台上，使单个微机械陀螺的X轴的正向指向正南，单个微机械陀螺的Z轴的正向指向正西，单个微机械陀螺的Y轴的正向指向正上,则单个微机械陀螺的Y轴感知到1g加速度；
数据处理器对单个微机械陀螺输出的第三角速度进行采集，并将数据处理器第i3次采集到的第三角速度记作ω3(i3)；数据处理器根据公式
Figure GDA0002233996920000033
得到单个微机械陀螺输出的第三零偏估计值
Figure GDA0002233996920000034
其中，i3为正整数，且i3的取值范围为1～N；
步骤106、将单个微机械陀螺静止放置于水平平台上，使单个微机械陀螺的X轴的正向指向正南，单个微机械陀螺的Z轴的正向指向正东，单个微机械陀螺的Y轴的正向指向正下,则单个微机械陀螺的Y轴感知到-1g加速度；
数据处理器对单个微机械陀螺输出的第四角速度进行采集，并将数据处理器第i4次采集到的第四角速度记作ω4(i4)；数据处理器根据公式
Figure GDA0002233996920000035
得到单个微机械陀螺输出的第四零偏估计值
Figure GDA0002233996920000036
其中，i4为正整数，且i4的取值范围为1～N；
步骤107、将单个微机械陀螺静止放置于水平平台上，使单个微机械陀螺的Y轴的正向指向正南，单个微机械陀螺的X轴的正向指向正西，单个微机械陀螺的Z轴的正向指向正上,则单个微机械陀螺的Z轴感知到1g加速度；
数据处理器对单个微机械陀螺输出的第五角速度进行采集，并将数据处理器第i5次采集到的第五角速度记作ω5(i5)；数据处理器根据公式
Figure GDA0002233996920000041
得到单个微机械陀螺输出的第五零偏估计值
Figure GDA0002233996920000042
其中，i5为正整数，且i5的取值范围为1～N；
步骤108、数据处理器根据公式
Figure GDA0002233996920000043
得到单个微机械陀螺输出的第五零偏修正值
Figure GDA0002233996920000044
步骤109、将单个微机械陀螺静止放置于水平平台上，使单个微机械陀螺的Y轴的正向指向正南，单个微机械陀螺的X轴的正向指向正东，单个微机械陀螺的Z轴的正向指向正下,则单个微机械陀螺的Z轴感知到-1g加速度；
数据处理器对单个微机械陀螺输出的第六角速度进行采集，并将数据处理器第i6次采集到单个微机械陀螺输出的第六角速度记作ω6(i6)；数据处理器根据公式
Figure GDA0002233996920000045
得到单个微机械陀螺输出的第六零偏估计值
Figure GDA0002233996920000046
其中，i6为正整数，且i6的取值范围为1～N；
步骤1010、数据处理器根据公式
Figure GDA0002233996920000047
得到单个微机械陀螺输出的第六零偏修正值
Figure GDA0002233996920000048
步骤1011、数据处理器根据公式
Figure GDA0002233996920000049
和
Figure GDA00022339969200000410
得到单个微机械陀螺在X轴方向受到重力加速度时的加速度敏感零偏值ωxG、单个微机械陀螺在Y轴方向受到重力加速度时的加速度敏感零偏值ωyG和单个微机械陀螺在Z轴方向受到重力加速度时的加速度敏感零偏值ωzG；
步骤1012、数据处理器对单个微机械陀螺在X轴方向受到重力加速度时的角速度敏感零偏值ωxG、单个微机械陀螺在Y轴方向受到重力加速度时的角速度敏感零偏值ωyG和单个微机械陀螺在Z轴方向受到重力加速度时的角速度敏感零偏值ωzG进行判断，并得到最大角速度敏感零偏值；其中，最大角速度敏感零偏值所对应的轴为单个微机械陀螺的检测轴，由于单个微机械陀螺的敏感轴为Z轴，则得到单个微机械陀螺的振动轴；
步骤二、微机械陀螺单元的安装布设：
步骤201、首先在安装板一侧上安装第一微机械陀螺；其中，第一微机械陀螺的表面中心为原点os，过原点os且与第一微机械陀螺的敏感轴方向重合为第一微机械陀螺的Zs轴，过原点o1且与第一微机械陀螺的振动轴方向重合为第一微机械陀螺的Xs轴，过原点os与第一微机械陀螺的检测轴重合为第一微机械陀螺的Ys轴，所述第一微机械陀螺的第一引脚位于由所述第一微机械陀螺的Xs轴和第一微机械陀螺的Ys轴组成的坐标系中的第二象限，所述第一微机械陀螺的Zs轴、第一微机械陀螺的Xs轴和第一微机械陀螺的Ys轴符合右手直角坐标系；
然后，在安装板一侧上依次安装第二微机械陀螺、第三微机械陀螺和第四微机械陀螺；其中，第二微机械陀螺相对于第一微机械陀螺绕第一微机械陀螺的Zs轴沿逆时针方向旋转90°，第三微机械陀螺相对第一微机械陀螺绕第一微机械陀螺的Zs轴沿逆时针方向旋转180°，第四微机械陀螺相对第一微机械陀螺绕第一微机械陀螺的Zs轴沿逆时针方向旋转270°；
步骤202、在安装板另一侧上安装第五微机械陀螺；其中，第五微机械陀螺相对第一微机械陀螺绕第一微机械陀螺的Xs轴沿逆时针方向旋转180°；
然后，在安装板另一侧上依次安装第六微机械陀螺、第七微机械陀螺和第八微机械陀螺，完成一个微机械陀螺单元的安装布设；其中，第六微机械陀螺相对于第五微机械陀螺绕第五微机械陀螺的Zs轴沿逆时针方向旋转90°，第七微机械陀螺相对第五微机械陀螺绕第五微机械陀螺的Zs轴沿逆时针方向旋转180°，第八微机械陀螺相对第五微机械陀螺绕第五微机械陀螺的Zs轴沿逆时针方向旋转270°；
步骤三、微机械陀螺阵列的安装布设：
步骤301、建立坐标系：以载体的质心为原点ob，obyb轴与所述载体的纵轴重合且指向所述载体前进方向，obxb轴与所述载体的横轴重合且指向所述载体前进方向的右侧，obzb轴垂直于所述obxb轴和所述obyb轴形成的平面obxbyb且指向所述载体上方，建立载体坐标系obxbybzb；
步骤302、多次重复步骤201至202，完成三个微机械陀螺单元的安装，三个微机械陀螺单元分别记作第一微机械陀螺单元、第二微机械陀螺单元和第三微机械陀螺单元；
步骤303、将第一微机械陀螺单元、第二微机械陀螺单元和第三微机械陀螺单元均安装在载体平台上；其中，第一微机械陀螺单元中安装板与载体平台呈平行布设，第二微机械陀螺单元中安装板和第三微机械陀螺单元中安装板均与载体平台呈垂直布设，且第二微机械陀螺单元中安装板和第三微机械陀螺单元中安装板呈垂直布设，所述第一微机械陀螺单元中第一微机械陀螺的Zs轴与obzb轴呈平行布设，所述第二微机械陀螺单元中第一微机械陀螺的Zs轴与obyb轴呈平行布设，所述第三微机械陀螺单元中第一微机械陀螺的Zs轴与obxb轴呈平行布设，实现对载体沿obzb轴、obxb轴和obzb轴的角速度的检测。
上述的一种载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法，其特征在于：单个微机械陀螺单元检测到的角速度的过程如下：
步骤A1、在载体运动的过程中，以第一微机械陀螺的Zs轴、第一微机械陀螺的Xs轴和第一微机械陀螺的Ys轴为基础坐标系，设定第一微机械陀螺受到的加速度矩阵为A1＝[axs ays azs]T，第二微机械陀螺受到的加速度矩阵为A2＝[a2x a2y a2z]T，第三微机械陀螺受到的加速度为A3＝[a3x a3y a3z]T，第四微机械陀螺受到的加速度矩阵为A4＝[a4x a4y a4z]T，第五微机械陀螺受到的加速度矩阵为A5＝[a5x a5y a5z]T，第六微机械陀螺受到的加速度矩阵为A6＝[a6x a6y a6z]T，第七微机械陀螺受到的加速度矩阵为A7＝[a7x a7y a7z]T，第八微机械陀螺受到的加速度矩阵为A8＝[a8x a8y a8z]T，则a2x＝-ays,a2y＝axs,a2z＝azs，a3x＝-axs,a3y＝-ays,a3z＝azs，a4x＝ays,a4y＝-axs,a4z＝azs，a5x＝axs,a5y＝-ays,a5z＝-azs，a6x＝ays,a6y＝axs,a6z＝-azs，a7x＝-axs,a7y＝ays,a7z＝-azs，a8x＝-ays,a8y＝-axs,a8z＝-azs；其中，axs表示第一微机械陀螺的Xs轴方向受到的加速度，ays表示第一微机械陀螺的Ys轴方向受到的加速度，azs表示第一微机械陀螺的Zs轴方向受到的加速度，a2x表示第二微机械陀螺在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a2y表示第二微机械陀螺在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a2z表示第二微机械陀螺在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度，a3x表示第三微机械陀螺在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a3y表示第三微机械陀螺在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a3z表示第三微机械陀螺在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度，a4x表示第四微机械陀螺在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a4y表示第四微机械陀螺在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a4z表示第四微机械陀螺在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度，a5x表示第五微机械陀螺在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a5y表示第五微机械陀螺在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a5z表示第五微机械陀螺在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度，a6x表示第六微机械陀螺在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a6y表示第六微机械陀螺在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a6z表示第六微机械陀螺在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度，a7x表示第七微机械陀螺在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a7y表示第七微机械陀螺在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a7z表示第七微机械陀螺在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度，a8x表示第八微机械陀螺在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a8y表示第八微机械陀螺在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a8z表示第八微机械陀螺在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度；
步骤A2、采用数据处理器建立单个微机械陀螺的输出角速度模型ωd＝K1(T)ω′+Kaxax+Kayay+Kazaz+b(T)+ε；其中，ωd表示单个微机械陀螺输出的角速度实际值，ω′表示单个微机械陀螺输出的角速度真实值；ε表示单个微机械陀螺的随机误差，K1(T)表示单个微机械陀螺的温度敏感性刻度系数，Kax表示单个微机械陀螺的Xs轴方向的加速度敏感系数，Kay表示单个微机械陀螺的Ys轴方向的加速度敏感系数，Kaz表示单个微机械陀螺的Zs轴方向的加速度敏感系数，b(T)表示单个微机械陀螺的温度敏感性零偏，ax表示单个微机械陀螺的Xs轴方向受到的加速度，ay表示单个微机械陀螺的Ys轴方向受到的加速度，az表示单个微机械陀螺的Zs轴方向受到的加速度；
然后将步骤A1中得到的各个微机械陀螺的加速度矩阵代入单个微机械陀螺的输出角速度模型，得到以下式子：
ω1＝K1(T)ω′1+Kaxaxs+Kayays+Kazazs+b(T)+ε1
ω2＝K1(T)ω′2-Kaxays+Kayaxs+Kazazs+b(T)+ε2
ω3＝K1(T)ω′3-Kaxaxs-Kayays+Kazazs+b(T)+ε3
ω4＝K1(T)ω′4+Kaxays-Kayaxs+Kazazs+b(T)+ε4
ω5＝K1(T)ω′5+Kaxaxs-Kayays-Kazazs+b(T)+ε5
ω6＝K1(T)ω′6+Kaxays+Kayaxs-Kazazs+b(T)+ε6
ω7＝K1(T)ω′7-Kaxaxs+Kayays-Kazazs+b(T)+ε7
ω8＝K1(T)ω′8-Kaxays-Kayaxs-Kazazs+b(T)+ε8；其中，ω1表示第一微机械陀螺输出的角速度实际值，ω2表示第二微机械陀螺输出的角速度实际值，ω3表示第三微机械陀螺输出的角速度实际值，ω4表示第四微机械陀螺输出的角速度实际值，ω5表示第五微机械陀螺输出的角速度实际值，ω6表示第六微机械陀螺输出的角速度实际值，ω7表示第七微机械陀螺输出的角速度实际值，ω8表示第八微机械陀螺输出的角速度实际值，ε1表示第一微机械陀螺的随机误差，ε2表示第二微机械陀螺的随机误差，ε3表示第三微机械陀螺的随机误差，ε4表示第四微机械陀螺的随机误差，ε5表示第五微机械陀螺的随机误差，ε6表示第六微机械陀螺的随机误差，ε7表示第七微机械陀螺的随机误差，ε8表示第八微机械陀螺的随机误差；ω′1表示第一微机械陀螺输出的角速度真实值，ω′2表示第二微机械陀螺输出的角速度真实值，ω′3表示第三微机械陀螺输出的角速度真实值，ω′4表示第四微机械陀螺输出的角速度真实值，ω′5表示第五微机械陀螺输出的角速度真实值，ω′6表示第六微机械陀螺输出的角速度真实值，ω′7表示第七微机械陀螺输出的角速度真实值，ω′8表示第八微机械陀螺输出的角速度真实值，且ω′1＝ω′2＝ω′3＝ω′4＝ω′,ω′5＝ω′6＝ω′7＝ω′8＝-ω′；
步骤A3、采用数据处理器根据公式并输入步骤A2中得到的角速度实际值，得到WZ＝K1(T)ω′+Kazazs+εv，则WZ为微机械陀螺单元输出的角速度；其中，
Figure GDA0002233996920000092
εv表示微机械陀螺单元的随机误差均值。
上述的一种载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法，其特征在于：步骤A2中单个微机械陀螺的加速度敏感系数的获取，具体过程如下：
步骤Ⅰ、在单个微机械陀螺随着载体平台运动的过程中，采用加速度传感器对载体平台的总加速度进行检测，并将检测到的总加速度发送至数据处理器，数据处理器获取载体平台的总加速度并记作Az；
步骤Ⅱ、数据处理器根据公式
Figure GDA0002233996920000093
得到加速度敏感指数M；其中，g表示重力加速度，且g＝9.8m/s2；
步骤Ⅲ、数据处理器根据公式
Figure GDA0002233996920000094
和
Figure GDA0002233996920000095
得到单个微机械陀螺的Xs轴方向的加速度敏感系数Kax、单个微机械陀螺的Ys轴方向的加速度敏感系数Kay和单个微机械陀螺的Zs轴方向的加速度敏感系数Kaz。
上述的一种载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法，其特征在于：步骤A2中所述单个微机械陀螺的温度敏感性刻度系数K1(T)的取值范围为-0.045％×(T-25℃)～0.045％×(T-25℃)；其中，T表示单个微机械陀螺所处的温度；
单个微机械陀螺的温度敏感性零偏b(T)的取值范围为-0.05×(T-25℃)～0.05×(T-25℃)。
单个微机械陀螺的温度敏感性零偏b(T)的取值范围为-0.05×～0.05×。
上述的一种载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法，其特征在于：步骤A2中单个微机械陀螺的随机误差ε的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第一微机械陀螺的随机误差ε1的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第二微机械陀螺的随机误差ε2的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第三微机械陀螺的随机误差ε3的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第四微机械陀螺的随机误差ε4的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第五微机械陀螺的随机误差ε5的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第六微机械陀螺的随机误差ε6的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第七微机械陀螺的随机误差ε7的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第八微机械陀螺的随机误差ε8的取值范围为0.002°/s～0.015°/s。
上述的一种载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法，其特征在于：所述数据处理器为单片机、DSP数据处理器或者ARM数据处理器，所述第一微机械陀螺、第二微机械陀螺、第三微机械陀螺、第四微机械陀螺、第五微机械陀螺和第六微机械陀螺和第七微机械陀螺的输出端均与数据处理器连接。
上述的一种载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法，其特征在于：步骤103中采集总次数N的取值范围为10000～12000。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、所采用的载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法步骤简单、实现方便且操作简便，单个微机械陀螺的检测轴、振动轴和敏感轴确定之后，进行微机械陀螺单元的安装布设，采用微机械陀螺单元对载体的角速度进行检测，避免设置高精度MEMS陀螺，成本较低。
2、所采用的微机械陀螺单元的安装布设中布设八个微机械陀螺，且八个微机械陀螺分别设置在安装板的两侧，且安装板的一侧的相邻两个微机械陀螺中的安装角度沿微机械陀螺的敏感轴逆时针旋转90度，从而使得数据处理器在接收到八组数据进行均值处理后，可有效地减少MEMS微机械陀螺受温度、加速度等因素的影响，从而大大提高了微机械陀螺测量单元的输出精度。
3、所采用的载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法操作简便且使用效果好，多次重复微机械陀螺单元的安装布设，三个微机械陀螺单元的安装，并将三个微机械陀螺单元中第一微机械陀螺的敏感轴分别与载体的obzb轴、obxb轴和obzb轴方向平行，实现载体沿obzb轴、obxb轴和obzb轴的角速度的检测，且单个微机械陀螺成本较低，检测精度高，能有效地适应于载体的不同运动状态。
综上所述，本发明步骤简单，实现方便，设计合理，通过多个微机械陀螺单元进行阵列，且每个微机械陀螺单元均布设八个微机械陀螺，有效地减少MEMS微机械陀螺受温度、加速度等因素的影响，提高了微机械陀螺测量单元的输出精度，提高获取载体角速度的精度，且单个微机械陀螺成本较低，实用性强。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明单个微机械陀螺的检测轴、振动轴和敏感轴的确定的结构示意图。
图2为本发明微机械陀螺单元的安装布设结构示意图。
图3为本发明微机械陀螺阵列的安装布设结构示意图。
图4为本发明的电路原理框图。
图5为本发明的方法流程框图。
图6为本发明单个微机械陀螺的零偏曲线图。
图7为本发明微机械陀螺单元的零偏曲线图。
附图标记说明:
1—第一微机械陀螺； 2—第二微机械陀螺； 3—第三微机械陀螺；
4—第四微机械陀螺； 5—第五微机械陀螺； 6—第六微机械陀螺；
7—第七微机械陀螺； 8—第八微机械陀螺； 9—单个微机械陀螺；
10—第一微机械陀螺单元； 11—安装板； 12—水平平台；
13—数据处理器； 14—载体平台；
20—第二微机械陀螺单元； 30—第三微机械陀螺单元。
具体实施方式
如图1、图2、图3和图5所示的一种载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、单个微机械陀螺的检测轴、振动轴和敏感轴的确定：
步骤101、数据处理器13根据公式
Figure GDA0002233996920000121
得到在东北天坐标系下载体所在地沿天向方向的地球自转角速度分量ωtd；其中，L表示载体所在地的纬度，载体所在地沿天向方向的地球自转角速度分量ωtd的单位为°/s(即度/秒)；
步骤102、将单个微机械陀螺9水平放置在水平平台12上，且单个微机械陀螺9的敏感轴向上；然后以单个微机械陀螺9的顶面中心为原点O，过原点O与单个微机械陀螺9的敏感轴方向重合为单个微机械陀螺9的Z轴，过原点O且与单个微机械陀螺9的纵轴重合为单个微机械陀螺9的Y轴，过原点O与单个微机械陀螺9的横轴重合且与单个微机械陀螺9的Y轴和单个微机械陀螺9的Z轴均垂直为单个微机械陀螺9的X轴；其中，所述单个微机械陀螺9的Z轴、单个微机械陀螺9的Y轴和单个微机械陀螺9的X轴符合右手直角坐标系，所述单个微机械陀螺9的第一引脚位于由所述单个微机械陀螺9的X轴和所述单个微机械陀螺9的Y轴组成的坐标系中的第二象限；
步骤103、将单个微机械陀螺9静止放置于水平平台12上，使单个微机械陀螺9的Y轴的正向指向正南，单个微机械陀螺9的Z轴的正向指向正东，单个微机械陀螺9的X轴的正向指向正上,则单个微机械陀螺9的X轴感知到1g加速度，且g＝9.8m/s2；
数据处理器13对单个微机械陀螺9输出的第一角速度进行采集，并将数据处理器13第i1次采集到的第一角速度记作ω1(i1)；数据处理器13根据公式
Figure GDA0002233996920000131
得到单个微机械陀螺9输出的第一零偏估计值
Figure GDA0002233996920000132
其中，N表示采集总次数，i1和N均为正整数，且i1的取值范围为1～N；
步骤104、将单个微机械陀螺9静止放置于水平平台12上，使单个微机械陀螺9的Y轴的正向指向正南，单个微机械陀螺9的Z轴的正向指向正西，单个微机械陀螺9的X轴的正向指向正下，则单个微机械陀螺9的X轴感知到-1g加速度；
数据处理器13对单个微机械陀螺9输出的第二角速度进行采集，并将数据处理器13第i2次采集到的第二角速度记作ω2(i2)；数据处理器13根据公式
Figure GDA0002233996920000133
得到单个微机械陀螺9输出的第二零偏估计值
Figure GDA0002233996920000134
其中，i2为正整数，且i2的取值范围为1～N；
步骤105、将单个微机械陀螺9静止放置于载体的水平平台12上，使单个微机械陀螺9的X轴的正向指向正南，单个微机械陀螺9的Z轴的正向指向正西，单个微机械陀螺9的Y轴的正向指向正上,则单个微机械陀螺9的Y轴感知到1g加速度；
数据处理器13对单个微机械陀螺9输出的第三角速度进行采集，并将数据处理器13第i3次采集到的第三角速度记作ω3(i3)；数据处理器13根据公式
Figure GDA0002233996920000141
得到单个微机械陀螺9输出的第三零偏估计值
Figure GDA0002233996920000142
其中，i3为正整数，且i3的取值范围为1～N；
步骤106、将单个微机械陀螺9静止放置于水平平台12上，使单个微机械陀螺9的X轴的正向指向正南，单个微机械陀螺9的Z轴的正向指向正东，单个微机械陀螺9的Y轴的正向指向正下,则单个微机械陀螺9的Y轴感知到-1g加速度；
数据处理器13对单个微机械陀螺9输出的第四角速度进行采集，并将数据处理器13第i4次采集到的第四角速度记作ω4(i4)；数据处理器13根据公式
Figure GDA0002233996920000143
得到单个微机械陀螺9输出的第四零偏估计值
Figure GDA0002233996920000144
其中，i4为正整数，且i4的取值范围为1～N；
步骤107、将单个微机械陀螺9静止放置于水平平台12上，使单个微机械陀螺9的Y轴的正向指向正南，单个微机械陀螺9的X轴的正向指向正西，单个微机械陀螺9的Z轴的正向指向正上,则单个微机械陀螺9的Z轴感知到1g加速度；
数据处理器13对单个微机械陀螺9输出的第五角速度进行采集，并将数据处理器13第i5次采集到的第五角速度记作ω5(i5)；数据处理器13根据公式
Figure GDA0002233996920000145
得到单个微机械陀螺9输出的第五零偏估计值
Figure GDA0002233996920000146
其中，i5为正整数，且i5的取值范围为1～N；
步骤108、数据处理器13根据公式
Figure GDA0002233996920000147
得到单个微机械陀螺9输出的第五零偏修正值
Figure GDA0002233996920000148
步骤109、将单个微机械陀螺9静止放置于水平平台12上，使单个微机械陀螺9的Y轴的正向指向正南，单个微机械陀螺9的X轴的正向指向正东，单个微机械陀螺9的Z轴的正向指向正下,则单个微机械陀螺9的Z轴感知到-1g加速度；
数据处理器13对单个微机械陀螺9输出的第六角速度进行采集，并将数据处理器13第i6次采集到单个微机械陀螺9输出的第六角速度记作ω6(i6)；数据处理器13根据公式
Figure GDA0002233996920000151
得到单个微机械陀螺9输出的第六零偏估计值
Figure GDA0002233996920000152
其中，i6为正整数，且i6的取值范围为1～N；
步骤1010、数据处理器13根据公式
Figure GDA0002233996920000153
得到单个微机械陀螺9输出的第六零偏修正值
Figure GDA0002233996920000154
步骤1011、数据处理器13根据公式
Figure GDA0002233996920000155
和
Figure GDA0002233996920000156
得到单个微机械陀螺9在X轴方向受到重力加速度时的加速度敏感零偏值ωxG、单个微机械陀螺9在Y轴方向受到重力加速度时的加速度敏感零偏值ωyG和单个微机械陀螺9在Z轴方向受到重力加速度时的加速度敏感零偏值ωzG；
步骤1012、数据处理器13对单个微机械陀螺9在X轴方向受到重力加速度时的角速度敏感零偏值ωxG、单个微机械陀螺9在Y轴方向受到重力加速度时的角速度敏感零偏值ωyG和单个微机械陀螺9在Z轴方向受到重力加速度时的角速度敏感零偏值ωzG进行判断，并得到最大角速度敏感零偏值；其中，最大角速度敏感零偏值所对应的轴为单个微机械陀螺9的检测轴，由于单个微机械陀螺9的敏感轴为Z轴，则得到单个微机械陀螺9的振动轴；
步骤二、微机械陀螺单元的安装布设：
步骤201、首先在安装板11一侧上安装第一微机械陀螺1；其中，第一微机械陀螺1的表面中心为原点os，过原点os且与第一微机械陀螺1的敏感轴方向重合为第一微机械陀螺1的Zs轴，过原点o1且与第一微机械陀螺1的振动轴方向重合为第一微机械陀螺1的Xs轴，过原点os与第一微机械陀螺1的检测轴重合为第一微机械陀螺1的Ys轴，所述第一微机械陀螺1的第一引脚位于由所述第一微机械陀螺1的Xs轴和第一微机械陀螺1的Ys轴组成的坐标系中的第二象限，所述第一微机械陀螺1的Zs轴、第一微机械陀螺1的Xs轴和第一微机械陀螺1的Ys轴符合右手直角坐标系；
然后，在安装板11一侧上依次安装第二微机械陀螺2、第三微机械陀螺3和第四微机械陀螺4；其中，第二微机械陀螺2相对于第一微机械陀螺1绕第一微机械陀螺1的Zs轴沿逆时针方向旋转90°，第三微机械陀螺3相对第一微机械陀螺1绕第一微机械陀螺1的Zs轴沿逆时针方向旋转180°，第四微机械陀螺4相对第一微机械陀螺1绕第一微机械陀螺1的Zs轴沿逆时针方向旋转270°；
步骤202、在安装板11另一侧上安装第五微机械陀螺5；其中，第五微机械陀螺5相对第一微机械陀螺1绕第一微机械陀螺1的Xs轴沿逆时针方向旋转180°；
然后，在安装板11另一侧上依次安装第六微机械陀螺6、第七微机械陀螺7和第八微机械陀螺8，完成一个微机械陀螺单元的安装布设；其中，第六微机械陀螺6相对于第五微机械陀螺5绕第五微机械陀螺5的Zs轴沿逆时针方向旋转90°，第七微机械陀螺7相对第五微机械陀螺5绕第五微机械陀螺5的Zs轴沿逆时针方向旋转180°，第八微机械陀螺8相对第五微机械陀螺5绕第五微机械陀螺5的Zs轴沿逆时针方向旋转270°；
步骤三、微机械陀螺阵列的安装布设：
步骤301、建立坐标系：以载体的质心为原点ob，obyb轴与所述载体的纵轴重合且指向所述载体前进方向，obxb轴与所述载体的横轴重合且指向所述载体前进方向的右侧，obzb轴垂直于所述obxb轴和所述obyb轴形成的平面obxbyb且指向所述载体上方，建立载体坐标系obxbybzb；
步骤302、多次重复步骤201至202，完成三个微机械陀螺单元的安装，三个微机械陀螺单元分别记作第一微机械陀螺单元10、第二微机械陀螺单元20和第三微机械陀螺单元30；
步骤303、将第一微机械陀螺单元10、第二微机械陀螺单元20和第三微机械陀螺单元30均安装在载体平台14上；其中，第一微机械陀螺单元10中安装板11与载体平台14呈平行布设，第二微机械陀螺单元20中安装板11和第三微机械陀螺单元30中安装板11均与载体平台14呈垂直布设，且第二微机械陀螺单元20中安装板11和第三微机械陀螺单元30中安装板11呈垂直布设，所述第一微机械陀螺单元10中第一微机械陀螺1的Zs轴与obzb轴呈平行布设，所述第二微机械陀螺单元20中第一微机械陀螺1的Zs轴与obyb轴呈平行布设，所述第三微机械陀螺单元30中第一微机械陀螺1的Zs轴与obxb轴呈平行布设，实现对载体沿obzb轴、obxb轴和obzb轴的角速度的检测。
本实施例中，单个微机械陀螺单元检测到的角速度的过程如下：
步骤A1、在载体运动的过程中，以第一微机械陀螺1的Zs轴、第一微机械陀螺1的Xs轴和第一微机械陀螺1的Ys轴为基础坐标系，设定第一微机械陀螺1受到的加速度矩阵为A1＝[axs ays azs]T，第二微机械陀螺2受到的加速度矩阵为A2＝[a2x a2y a2z]T，第三微机械陀螺3受到的加速度为A3＝[a3x a3y a3z]T，第四微机械陀螺4受到的加速度矩阵为A4＝[a4x a4ya4z]T，第五微机械陀螺5受到的加速度矩阵为A5＝[a5x a5y a5z]T，第六微机械陀螺6受到的加速度矩阵为A6＝[a6x a6y a6z]T，第七微机械陀螺7受到的加速度矩阵为A7＝[a7x a7y a7z]T，第八微机械陀螺8受到的加速度矩阵为A8＝[a8x a8y a8z]T，则a2x＝-ays,a2y＝axs,a2z＝azs，a3x＝-axs,a3y＝-ays,a3z＝azs，a4x＝ays,a4y＝-axs,a4z＝azs，a5x＝axs,a5y＝-ays,a5z＝-azs，a6x＝ays,a6y＝axs,a6z＝-azs，a7x＝-axs,a7y＝ays,a7z＝-azs，a8x＝-ays,a8y＝-axs,a8z＝-azs；其中，axs表示第一微机械陀螺1的Xs轴方向受到的加速度，ays表示第一微机械陀螺1的Ys轴方向受到的加速度，azs表示第一微机械陀螺1的Zs轴方向受到的加速度，a2x表示第二微机械陀螺2在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a2y表示第二微机械陀螺2在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a2z表示第二微机械陀螺2在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度，a3x表示第三微机械陀螺3在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a3y表示第三微机械陀螺3在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a3z表示第三微机械陀螺3在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度，a4x表示第四微机械陀螺4在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a4y表示第四微机械陀螺4在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a4z表示第四微机械陀螺4在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度，a5x表示第五微机械陀螺5在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a5y表示第五微机械陀螺5在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a5z表示第五微机械陀螺5在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度，a6x表示第六微机械陀螺6在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a6y表示第六微机械陀螺6在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a6z表示第六微机械陀螺6在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度，a7x表示第七微机械陀螺7在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a7y表示第七微机械陀螺7在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a7z表示第七微机械陀螺7在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度，a8x表示第八微机械陀螺8在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a8y表示第八微机械陀螺8在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a8z表示第八微机械陀螺8在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度；
步骤A2、采用数据处理器13建立单个微机械陀螺的输出角速度模型ωd＝K1(T)ω′+Kaxax+Kayay+Kazaz+b(T)+ε；其中，ωd表示单个微机械陀螺9输出的角速度实际值，ω′表示单个微机械陀螺9输出的角速度真实值；ε表示单个微机械陀螺9的随机误差，K1(T)表示单个微机械陀螺9的温度敏感性刻度系数，Kax表示单个微机械陀螺9的Xs轴方向的加速度敏感系数，Kay表示单个微机械陀螺9的Ys轴方向的加速度敏感系数，Kaz表示单个微机械陀螺9的Zs轴方向的加速度敏感系数，b(T)表示单个微机械陀螺9的温度敏感性零偏，ax表示单个微机械陀螺9的Xs轴方向受到的加速度，ay表示单个微机械陀螺9的Ys轴方向受到的加速度，az表示单个微机械陀螺9的Zs轴方向受到的加速度；
然后将步骤A1中得到的各个微机械陀螺的加速度矩阵代入单个微机械陀螺的输出角速度模型，得到以下式子：
ω1＝K1(T)ω′1+Kaxaxs+Kayays+Kazazs+b(T)+ε1
ω2＝K1(T)ω′2-Kaxays+Kayaxs+Kazazs+b(T)+ε2
ω3＝K1(T)ω′3-Kaxaxs-Kayays+Kazazs+b(T)+ε3
ω4＝K1(T)ω′4+Kaxays-Kayaxs+Kazazs+b(T)+ε4
ω5＝K1(T)ω′5+Kaxaxs-Kayays-Kazazs+b(T)+ε5
ω6＝K1(T)ω′6+Kaxays+Kayaxs-Kazazs+b(T)+ε6
ω7＝K1(T)ω′7-Kaxaxs+Kayays-Kazazs+b(T)+ε7
ω8＝K1(T)ω′8-Kaxays-Kayaxs-Kazazs+b(T)+ε8；其中，ω1表示第一微机械陀螺1输出的角速度实际值，ω2表示第二微机械陀螺2输出的角速度实际值，ω3表示第三微机械陀螺3输出的角速度实际值，ω4表示第四微机械陀螺4输出的角速度实际值，ω5表示第五微机械陀螺5输出的角速度实际值，ω6表示第六微机械陀螺6输出的角速度实际值，ω7表示第七微机械陀螺7输出的角速度实际值，ω8表示第八微机械陀螺8输出的角速度实际值，ε1表示第一微机械陀螺1的随机误差，ε2表示第二微机械陀螺2的随机误差，ε3表示第三微机械陀螺3的随机误差，ε4表示第四微机械陀螺4的随机误差，ε5表示第五微机械陀螺5的随机误差，ε6表示第六微机械陀螺6的随机误差，ε7表示第七微机械陀螺7的随机误差，ε8表示第八微机械陀螺7的随机误差；ω′1表示第一微机械陀螺1输出的角速度真实值，ω′2表示第二微机械陀螺2输出的角速度真实值，ω′3表示第三微机械陀螺3输出的角速度真实值，ω′4表示第四微机械陀螺4输出的角速度真实值，ω′5表示第五微机械陀螺5输出的角速度真实值，ω′6表示第六微机械陀螺6输出的角速度真实值，ω′7表示第七微机械陀螺7输出的角速度真实值，ω′8表示第八微机械陀螺8输出的角速度真实值，且ω′1＝ω′2＝ω′3＝ω′4＝ω′,ω′5＝ω′6＝ω′7＝ω′8＝-ω′；
步骤A3、采用数据处理器13根据公式
Figure GDA0002233996920000191
并输入步骤A2中得到的角速度实际值，得到WZ＝K1(T)ω′+Kazazs+εv，则WZ为微机械陀螺单元输出的角速度；其中，
Figure GDA0002233996920000201
εv表示微机械陀螺单元的随机误差均值。
本实施例中，步骤A2中单个微机械陀螺的加速度敏感系数的获取，具体过程如下：
步骤Ⅰ、在单个微机械陀螺9随着载体平台14运动的过程中，采用加速度传感器对载体平台14的总加速度进行检测，并将检测到的总加速度发送至数据处理器13，数据处理器13获取载体平台14的总加速度并记作Az；
步骤Ⅱ、数据处理器13根据公式得到加速度敏感指数M；其中，g表示重力加速度，且g＝9.8m/s2；
步骤Ⅲ、数据处理器13根据公式
Figure GDA0002233996920000203
和
Figure GDA0002233996920000204
得到单个微机械陀螺9的Xs轴方向的加速度敏感系数Kax、单个微机械陀螺9的Ys轴方向的加速度敏感系数Kay和单个微机械陀螺9的Zs轴方向的加速度敏感系数Kaz。
本实施例中，步骤A2中所述单个微机械陀螺9的温度敏感性刻度系数K1(T)的取值范围为-0.045％×(T-25℃)～0.045％×(T-25℃)；其中，T表示单个微机械陀螺所处的温度；
单个微机械陀螺9的温度敏感性零偏b(T)的取值范围为-0.05×(T-25℃)～0.05×(T-25℃)。
本实施例中，步骤A2中单个微机械陀螺的随机误差ε的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第一微机械陀螺1的随机误差ε1的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第二微机械陀螺2的随机误差ε2的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第三微机械陀螺3的随机误差ε3的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第四微机械陀螺4的随机误差ε4的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第五微机械陀螺5的随机误差ε5的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第六微机械陀螺6的随机误差ε6的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第七微机械陀螺7的随机误差ε7的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第八微机械陀螺8的随机误差ε8的取值范围为0.002°/s～0.015°/s。
如图4所示，本实施例中，所述数据处理器13为单片机、DSP数据处理器或者ARM数据处理器，所述第一微机械陀螺1、第二微机械陀螺2、第三微机械陀螺3、第四微机械陀螺4、第五微机械陀螺5和第六微机械陀螺6和第七微机械陀螺7的输出端均与数据处理器13连接。
本实施例中，步骤103中采集总次数N的取值范围为10000～12000。
本实施例中，所述第一微机械陀螺1、第二微机械陀螺2、第三微机械陀螺3、第四微机械陀螺4、第五微机械陀螺5、第六微机械陀螺6、第七微机械陀螺7和第八微机械陀螺8均为ADXRS450微机械陀螺，是因为其成本较低，采用先进的差分四传感器设计，可在强烈冲击和振动状态下精确地工作，且这种MEMS具有鲁棒性能和仅6mA的低功耗特性，可有效地用于载体姿态检测系统。
本实施例中，具体实施时，所述数据处理器13为STM32F405VGT6微控制器。
本实施例中，所述第一微机械陀螺1、第二微机械陀螺2、第三微机械陀螺3、第四微机械陀螺4、第五微机械陀螺5、第六微机械陀螺6、第七微机械陀螺7和第八微机械陀螺8均与数据处理器13的IO端口连接例如PA0-PA15、PB0-PB15、PC0-PC15等引脚。
本实施例中，需要说明的是，正上和正下是针对微机械陀螺顶面来说，正上是指过微机械陀螺的顶面中心竖直指向天，正下是指过微机械陀螺的顶面中心竖直指向地。
本实施例中，需要说明的是，所述第一微机械陀螺1、第二微机械陀螺2、第三微机械陀螺3、第四微机械陀螺4、第五微机械陀螺5、第六微机械陀螺6、第七微机械陀螺7和第八微机械陀螺8的振动轴也是指第一微机械陀螺1、第二微机械陀螺2、第三微机械陀螺3、第四微机械陀螺4、第五微机械陀螺5、第六微机械陀螺6、第七微机械陀螺7和第八微机械陀螺8的驱动轴。
本实施例中，需要说明的是，实际使用过程中，第一微机械陀螺测量单元10、第二微机械陀螺测量单元20和第三微机械陀螺测量单元30中任一个微机械陀螺测量单元还可以是八个微机械陀螺的倍数进行检测。
本实施例中，如图6所示，将单个微机械陀螺9安装在载体平台14上，单个微机械陀螺9与数据处理器13连接，在载体静止时，将单个微机械陀螺9的Ys轴的正向指向正南，单个微机械陀螺9的Zs轴的正向指向正东，单个微机械陀螺9的Xs轴的正向指向正上，数据处理器13对单个微机械陀螺9输出的角速度采集10秒；将单个微机械陀螺9的Ys轴的正向指向正南，单个微机械陀螺9的Zs轴的正向指向正西，单个微机械陀螺9的Xs轴的正向指向正下，数据处理器13对单个微机械陀螺9输出的角速度采集10秒；将单个微机械陀螺9的Xs轴的正向指向正南，单个微机械陀螺9的Zs轴的正向指向正西，单个微机械陀螺9的Ys轴的正向指向正上，数据处理器13对单个微机械陀螺9输出的角速度采集10秒；将单个微机械陀螺9的Xs轴的正向指向正南，单个微机械陀螺9的Zs轴的正向指向正东，单个微机械陀螺9的Ys轴的正向指向正下，数据处理器13对单个微机械陀螺9输出的角速度采集10秒；将单个微机械陀螺9的Ys轴的正向指向正南，单个微机械陀螺9的Xs轴的正向指向正西，单个微机械陀螺9的Zs轴的正向指向正上，数据处理器13对单个微机械陀螺9输出的角速度采集10秒；将单个微机械陀螺9的Ys轴的正向指向正南，单个微机械陀螺9的Xs轴的正向指向正东，单个微机械陀螺9的Zs轴的正向指向正下，数据处理器13对单个微机械陀螺9输出的角速度采集10秒，得到如图6所示的单个微机械陀螺单元的零偏曲线图。
如图7所示，按照本发明的布设方法，得到微机械陀螺单元，在载体静止时，将微机械陀螺单元中第一微机械陀螺1的Ys轴的正向指向正南，微机械陀螺单元中第一微机械陀螺1的Zs轴的正向指向正东，微机械陀螺单元中第一微机械陀螺1的Xs轴的正向指向正上，数据处理器13对微机械陀螺单元输出的角速度采集10秒；将微机械陀螺单元中第一微机械陀螺1的Ys轴的正向指向正南，微机械陀螺单元中第一微机械陀螺1的Zs轴的正向指向正西，微机械陀螺单元中第一微机械陀螺1的Xs轴的正向指向正下，数据处理器13对微机械陀螺单元输出的角速度采集10秒；将微机械陀螺单元中第一微机械陀螺1的Xs轴的正向指向正南，微机械陀螺单元中第一微机械陀螺1的Zs轴的正向指向正西，微机械陀螺单元中第一微机械陀螺1的Ys轴的正向指向正上，数据处理器13对微机械陀螺单元输出的角速度采集10秒；将微机械陀螺单元中第一微机械陀螺1的Xs轴的正向指向正南，微机械陀螺单元中第一微机械陀螺1的Zs轴的正向指向正东，微机械陀螺单元中第一微机械陀螺1的Ys轴的正向指向正下，数据处理器13对微机械陀螺单元输出的角速度采集10秒；将微机械陀螺单元中第一微机械陀螺1的Ys轴的正向指向正南，微机械陀螺单元中第一微机械陀螺1的Xs轴的正向指向正西，微机械陀螺单元中第一微机械陀螺1的Zs轴的正向指向正上，数据处理器13对微机械陀螺单元输出的角速度采集10秒；将微机械陀螺单元中第一微机械陀螺1的Ys轴的正向指向正南，微机械陀螺单元中第一微机械陀螺1的Xs轴的正向指向正东，微机械陀螺单元中第一微机械陀螺1的Zs轴的正向指向正下，数据处理器13对微机械陀螺单元输出的角速度采集10秒，得到图7微机械陀螺单元的零偏曲线，其中，图6中的纵坐标是将数据处理器13采集到的单个微机械陀螺9输出的角速度乘以3600，图7中的纵坐标是将数据处理器13采集到的微机械陀螺单元输出的角速度乘以3600，单个微机械陀螺9输出的角速度和微机械陀螺单元输出的角速度的单位均转换为°/h，是因为在载体静止时单个微机械陀螺9输出的角速度值和微机械陀螺单元输出的角速度值以°/s为单位时均很小，不便于在零偏曲线图中查看单个微机械陀螺的零偏最大值和微机械陀螺单元的零偏最大值，因此，将单个微机械陀螺9和微机械陀螺单元输出的角速度值转换为°/h进行比较，便于在零偏曲线图中查看单个微机械陀螺的零偏最大值和微机械陀螺单元的零偏最大值。通过对比图6和图7，得到微机械陀螺单元的零偏最大值为0.89°/h，然而单个微机械陀螺的零偏最大值为15°/h，精度提高了16倍以上，满足载体的角速度检测需求。
综上所述，本发明步骤简单，实现方便，设计合理，通过多个微机械陀螺单元进行阵列，且每个微机械陀螺单元均布设八个微机械陀螺，有效地减少MEMS微机械陀螺受温度、加速度等因素的影响，提高了微机械陀螺测量单元的输出精度，提高获取载体角速度的精度，且单个微机械陀螺成本较低，实用性强。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、单个微机械陀螺的检测轴、振动轴和敏感轴的确定：
步骤101、数据处理器(13)根据公式
Figure FDA0002233996910000011
得到在东北天坐标系下载体所在地沿天向方向的地球自转角速度分量ωtd；其中，L表示载体所在地的纬度；
步骤102、将单个微机械陀螺(9)水平放置在水平平台(12)上，且单个微机械陀螺(9)的敏感轴向上；然后以单个微机械陀螺(9)的顶面中心为原点O，过原点O与单个微机械陀螺(9)的敏感轴方向重合为单个微机械陀螺(9)的Z轴，过原点O且与单个微机械陀螺(9)的纵轴重合为单个微机械陀螺(9)的Y轴，过原点O与单个微机械陀螺(9)的横轴重合且与单个微机械陀螺(9)的Y轴和单个微机械陀螺(9)的Z轴均垂直为单个微机械陀螺(9)的X轴；其中，所述单个微机械陀螺(9)的Z轴、单个微机械陀螺(9)的Y轴和单个微机械陀螺(9)的X轴符合右手直角坐标系，所述单个微机械陀螺(9)的第一引脚位于由所述单个微机械陀螺(9)的X轴和所述单个微机械陀螺(9)的Y轴组成的坐标系中的第二象限；
步骤103、将单个微机械陀螺(9)静止放置于水平平台(12)上，使单个微机械陀螺(9)的Y轴的正向指向正南，单个微机械陀螺(9)的Z轴的正向指向正东，单个微机械陀螺(9)的X轴的正向指向正上,则单个微机械陀螺(9)的X轴感知到1g加速度，且g＝9.8m/s2；
数据处理器(13)对单个微机械陀螺(9)输出的第一角速度进行采集，并将数据处理器(13)第i1次采集到的第一角速度记作ω1(i1)；数据处理器(13)根据公式
Figure FDA0002233996910000012
得到单个微机械陀螺(9)输出的第一零偏估计值其中，N表示采集总次数，i1和N均为正整数，且i1的取值范围为1～N；
步骤104、将单个微机械陀螺(9)静止放置于水平平台(12)上，使单个微机械陀螺(9)的Y轴的正向指向正南，单个微机械陀螺(9)的Z轴的正向指向正西，单个微机械陀螺(9)的X轴的正向指向正下，则单个微机械陀螺(9)的X轴感知到-1g加速度；
数据处理器(13)对单个微机械陀螺(9)输出的第二角速度进行采集，并将数据处理器(13)第i2次采集到的第二角速度记作ω2(i2)；数据处理器(13)根据公式
Figure FDA0002233996910000021
得到单个微机械陀螺(9)输出的第二零偏估计值
Figure FDA0002233996910000022
其中，i2为正整数，且i2的取值范围为1～N；
步骤105、将单个微机械陀螺(9)静止放置于载体的水平平台(12)上，使单个微机械陀螺(9)的X轴的正向指向正南，单个微机械陀螺(9)的Z轴的正向指向正西，单个微机械陀螺(9)的Y轴的正向指向正上,则单个微机械陀螺(9)的Y轴感知到1g加速度；
数据处理器(13)对单个微机械陀螺(9)输出的第三角速度进行采集，并将数据处理器(13)第i3次采集到的第三角速度记作ω3(i3)；数据处理器(13)根据公式
Figure FDA0002233996910000023
得到单个微机械陀螺(9)输出的第三零偏估计值
Figure FDA0002233996910000024
其中，i3为正整数，且i3的取值范围为1～N；
步骤106、将单个微机械陀螺(9)静止放置于水平平台(12)上，使单个微机械陀螺(9)的X轴的正向指向正南，单个微机械陀螺(9)的Z轴的正向指向正东，单个微机械陀螺(9)的Y轴的正向指向正下,则单个微机械陀螺(9)的Y轴感知到-1g加速度；
数据处理器(13)对单个微机械陀螺(9)输出的第四角速度进行采集，并将数据处理器(13)第i4次采集到的第四角速度记作ω4(i4)；数据处理器(13)根据公式
Figure FDA0002233996910000025
得到单个微机械陀螺(9)输出的第四零偏估计值
Figure FDA0002233996910000031
其中，i4为正整数，且i4的取值范围为1～N；
步骤107、将单个微机械陀螺(9)静止放置于水平平台(12)上，使单个微机械陀螺(9)的Y轴的正向指向正南，单个微机械陀螺(9)的X轴的正向指向正西，单个微机械陀螺(9)的Z轴的正向指向正上,则单个微机械陀螺(9)的Z轴感知到1g加速度；
数据处理器(13)对单个微机械陀螺(9)输出的第五角速度进行采集，并将数据处理器(13)第i5次采集到的第五角速度记作ω5(i5)；数据处理器(13)根据公式
Figure FDA0002233996910000032
得到单个微机械陀螺(9)输出的第五零偏估计值
Figure FDA0002233996910000033
其中，i5为正整数，且i5的取值范围为1～N；
步骤108、数据处理器(13)根据公式得到单个微机械陀螺(9)输出的第五零偏修正值
Figure FDA0002233996910000035
步骤109、将单个微机械陀螺(9)静止放置于水平平台(12)上，使单个微机械陀螺(9)的Y轴的正向指向正南，单个微机械陀螺(9)的X轴的正向指向正东，单个微机械陀螺(9)的Z轴的正向指向正下,则单个微机械陀螺(9)的Z轴感知到-1g加速度；
数据处理器(13)对单个微机械陀螺(9)输出的第六角速度进行采集，并将数据处理器(13)第i6次采集到单个微机械陀螺(9)输出的第六角速度记作ω6(i6)；数据处理器(13)根据公式得到单个微机械陀螺(9)输出的第六零偏估计值
Figure FDA0002233996910000037
其中，i6为正整数，且i6的取值范围为1～N；
步骤1010、数据处理器(13)根据公式
Figure FDA0002233996910000038
得到单个微机械陀螺(9)输出的第六零偏修正值
Figure FDA0002233996910000039
步骤1011、数据处理器(13)根据公式
Figure FDA00022339969100000310
和
Figure FDA00022339969100000311
得到单个微机械陀螺(9)在X轴方向受到重力加速度时的加速度敏感零偏值ωxG、单个微机械陀螺(9)在Y轴方向受到重力加速度时的加速度敏感零偏值ωyG和单个微机械陀螺(9)在Z轴方向受到重力加速度时的加速度敏感零偏值ωzG；
步骤1012、数据处理器(13)对单个微机械陀螺(9)在X轴方向受到重力加速度时的角速度敏感零偏值ωxG、单个微机械陀螺(9)在Y轴方向受到重力加速度时的角速度敏感零偏值ωyG和单个微机械陀螺(9)在Z轴方向受到重力加速度时的角速度敏感零偏值ωzG进行判断，并得到最大角速度敏感零偏值；其中，最大角速度敏感零偏值所对应的轴为单个微机械陀螺(9)的检测轴，由于单个微机械陀螺(9)的敏感轴为Z轴，则得到单个微机械陀螺(9)的振动轴；
步骤二、微机械陀螺单元的安装布设：
步骤201、首先在安装板(11)一侧上安装第一微机械陀螺(1)；其中，第一微机械陀螺(1)的表面中心为原点os，过原点os且与第一微机械陀螺(1)的敏感轴方向重合为第一微机械陀螺(1)的Zs轴，过原点o1且与第一微机械陀螺(1)的振动轴方向重合为第一微机械陀螺(1)的Xs轴，过原点os与第一微机械陀螺(1)的检测轴重合为第一微机械陀螺(1)的Ys轴，所述第一微机械陀螺(1)的第一引脚位于由所述第一微机械陀螺(1)的Xs轴和第一微机械陀螺(1)的Ys轴组成的坐标系中的第二象限，所述第一微机械陀螺(1)的Zs轴、第一微机械陀螺(1)的Xs轴和第一微机械陀螺(1)的Ys轴符合右手直角坐标系；
然后，在安装板(11)一侧上依次安装第二微机械陀螺(2)、第三微机械陀螺(3)和第四微机械陀螺(4)；其中，第二微机械陀螺(2)相对于第一微机械陀螺(1)绕第一微机械陀螺(1)的Zs轴沿逆时针方向旋转90°，第三微机械陀螺(3)相对第一微机械陀螺(1)绕第一微机械陀螺(1)的Zs轴沿逆时针方向旋转180°，第四微机械陀螺(4)相对第一微机械陀螺(1)绕第一微机械陀螺(1)的Zs轴沿逆时针方向旋转270°；
步骤202、在安装板(11)另一侧上安装第五微机械陀螺(5)；其中，第五微机械陀螺(5)相对第一微机械陀螺(1)绕第一微机械陀螺(1)的Xs轴沿逆时针方向旋转180°；
然后，在安装板(11)另一侧上依次安装第六微机械陀螺(6)、第七微机械陀螺(7)和第八微机械陀螺(8)，完成一个微机械陀螺单元的安装布设；其中，第六微机械陀螺(6)相对于第五微机械陀螺(5)绕第五微机械陀螺(5)的Zs轴沿逆时针方向旋转90°，第七微机械陀螺(7)相对第五微机械陀螺(5)绕第五微机械陀螺(5)的Zs轴沿逆时针方向旋转180°，第八微机械陀螺(8)相对第五微机械陀螺(5)绕第五微机械陀螺(5)的Zs轴沿逆时针方向旋转270°；
步骤三、微机械陀螺阵列的安装布设：
步骤301、建立坐标系：以载体的质心为原点ob，obyb轴与所述载体的纵轴重合且指向所述载体前进方向，obxb轴与所述载体的横轴重合且指向所述载体前进方向的右侧，obzb轴垂直于所述obxb轴和所述obyb轴形成的平面obxbyb且指向所述载体上方，建立载体坐标系obxbybzb；
步骤302、多次重复步骤201至202，完成三个微机械陀螺单元的安装，三个微机械陀螺单元分别记作第一微机械陀螺单元(10)、第二微机械陀螺单元(20)和第三微机械陀螺单元(30)；
步骤303、将第一微机械陀螺单元(10)、第二微机械陀螺单元(20)和第三微机械陀螺单元(30)均安装在载体平台(14)上；其中，第一微机械陀螺单元(10)中安装板(11)与载体平台(14)呈平行布设，第二微机械陀螺单元(20)中安装板(11)和第三微机械陀螺单元(30)中安装板(11)均与载体平台(14)呈垂直布设，且第二微机械陀螺单元(20)中安装板(11)和第三微机械陀螺单元(30)中安装板(11)呈垂直布设，所述第一微机械陀螺单元(10)中第一微机械陀螺(1)的Zs轴与obzb轴呈平行布设，所述第二微机械陀螺单元(20)中第一微机械陀螺(1)的Zs轴与obyb轴呈平行布设，所述第三微机械陀螺单元(30)中第一微机械陀螺(1)的Zs轴与obxb轴呈平行布设，实现对载体沿obzb轴、obxb轴和obzb轴的角速度的检测。
2.按照权利要求1所述的一种载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法，其特征在于：单个微机械陀螺单元检测到的角速度的过程如下：
步骤A1、在载体运动的过程中，以第一微机械陀螺(1)的Zs轴、第一微机械陀螺(1)的Xs轴和第一微机械陀螺(1)的Ys轴为基础坐标系，设定第一微机械陀螺(1)受到的加速度矩阵为A1＝[axs ays azs]T，第二微机械陀螺(2)受到的加速度矩阵为A2＝[a2x a2y a2z]T，第三微机械陀螺(3)受到的加速度为A3＝[a3x a3y a3z]T，第四微机械陀螺(4)受到的加速度矩阵为A4＝[a4x a4y a4z]T，第五微机械陀螺(5)受到的加速度矩阵为A5＝[a5x a5y a5z]T，第六微机械陀螺(6)受到的加速度矩阵为A6＝[a6x a6y a6z]T，第七微机械陀螺(7)受到的加速度矩阵为A7＝[a7x a7y a7z]T，第八微机械陀螺(8)受到的加速度矩阵为A8＝[a8x a8y a8z]T，则a2x＝-ays,a2y＝axs,a2z＝azs，a3x＝-axs,a3y＝-ays,a3z＝azs，a4x＝ays,a4y＝-axs,a4z＝azs，a5x＝axs,a5y＝-ays,a5z＝-azs，a6x＝ays,a6y＝axs,a6z＝-azs，a7x＝-axs,a7y＝ays,a7z＝-azs，a8x＝-ays,a8y＝-axs,a8z＝-azs；其中，axs表示第一微机械陀螺(1)的Xs轴方向受到的加速度，ays表示第一微机械陀螺(1)的Ys轴方向受到的加速度，azs表示第一微机械陀螺(1)的Zs轴方向受到的加速度，a2x表示第二微机械陀螺(2)在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a2y表示第二微机械陀螺(2)在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a2z表示第二微机械陀螺(2)在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度，a3x表示第三微机械陀螺(3)在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a3y表示第三微机械陀螺(3)在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a3z表示第三微机械陀螺(3)在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度，a4x表示第四微机械陀螺(4)在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a4y表示第四微机械陀螺(4)在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a4z表示第四微机械陀螺(4)在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度，a5x表示第五微机械陀螺(5)在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a5y表示第五微机械陀螺(5)在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a5z表示第五微机械陀螺(5)在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度，a6x表示第六微机械陀螺(6)在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a6y表示第六微机械陀螺(6)在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a6z表示第六微机械陀螺(6)在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度，a7x表示第七微机械陀螺(7)在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a7y表示第七微机械陀螺(7)在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a7z表示第七微机械陀螺(7)在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度，a8x表示第八微机械陀螺(8)在基础坐标系的Xs轴方向受到的加速度，a8y表示第八微机械陀螺(8)在基础坐标系的Ys轴方向受到的加速度，a8z表示第八微机械陀螺(8)在基础坐标系的Zs轴方向受到的加速度；
步骤A2、采用数据处理器(13)建立单个微机械陀螺的输出角速度模型ωd＝K1(T)ω′+Kaxax+Kayay+Kazaz+b(T)+ε；其中，ωd表示单个微机械陀螺(9)输出的角速度实际值，ω′表示单个微机械陀螺(9)输出的角速度真实值；ε表示单个微机械陀螺(9)的随机误差，K1(T)表示单个微机械陀螺(9)的温度敏感性刻度系数，Kax表示单个微机械陀螺(9)的Xs轴方向的加速度敏感系数，Kay表示单个微机械陀螺(9)的Ys轴方向的加速度敏感系数，Kaz表示单个微机械陀螺(9)的Zs轴方向的加速度敏感系数，b(T)表示单个微机械陀螺(9)的温度敏感性零偏，ax表示单个微机械陀螺(9)的Xs轴方向受到的加速度，ay表示单个微机械陀螺(9)的Ys轴方向受到的加速度，az表示单个微机械陀螺(9)的Zs轴方向受到的加速度；
然后将步骤A1中得到的各个微机械陀螺的加速度矩阵代入单个微机械陀螺的输出角速度模型，得到以下式子：
ω1＝K1(T)ω′1+Kaxaxs+Kayays+Kazazs+b(T)+ε1
ω2＝K1(T)ω′2-Kaxays+Kayaxs+Kazazs+b(T)+ε2
ω3＝K1(T)ω′3-Kaxaxs-Kayays+Kazazs+b(T)+ε3
ω4＝K1(T)ω′4+Kaxays-Kayaxs+Kazazs+b(T)+ε4
ω5＝K1(T)ω′5+Kaxaxs-Kayays-Kazazs+b(T)+ε5
ω6＝K1(T)ω′6+Kaxays+Kayaxs-Kazazs+b(T)+ε6
ω7＝K1(T)ω′7-Kaxaxs+Kayays-Kazazs+b(T)+ε7
ω8＝K1(T)ω′8-Kaxays-Kayaxs-Kazazs+b(T)+ε8；其中，ω1表示第一微机械陀螺(1)输出的角速度实际值，ω2表示第二微机械陀螺(2)输出的角速度实际值，ω3表示第三微机械陀螺(3)输出的角速度实际值，ω4表示第四微机械陀螺(4)输出的角速度实际值，ω5表示第五微机械陀螺(5)输出的角速度实际值，ω6表示第六微机械陀螺(6)输出的角速度实际值，ω7表示第七微机械陀螺(7)输出的角速度实际值，ω8表示第八微机械陀螺(8)输出的角速度实际值，ε1表示第一微机械陀螺(1)的随机误差，ε2表示第二微机械陀螺(2)的随机误差，ε3表示第三微机械陀螺(3)的随机误差，ε4表示第四微机械陀螺(4)的随机误差，ε5表示第五微机械陀螺(5)的随机误差，ε6表示第六微机械陀螺(6)的随机误差，ε7表示第七微机械陀螺(7)的随机误差，ε8表示第八微机械陀螺(7)的随机误差；ω′1表示第一微机械陀螺(1)输出的角速度真实值，ω′2表示第二微机械陀螺(2)输出的角速度真实值，ω′3表示第三微机械陀螺(3)输出的角速度真实值，ω′4表示第四微机械陀螺(4)输出的角速度真实值，ω′5表示第五微机械陀螺(5)输出的角速度真实值，ω′6表示第六微机械陀螺(6)输出的角速度真实值，ω′7表示第七微机械陀螺(7)输出的角速度真实值，ω′8表示第八微机械陀螺(8)输出的角速度真实值，且ω′1＝ω′2＝ω′3＝ω′4＝ω′,ω′5＝ω′6＝ω′7＝ω′8＝-ω′；
步骤A3、采用数据处理器(13)根据公式
Figure FDA0002233996910000081
并输入步骤A2中得到的角速度实际值，得到WZ＝K1(T)ω′+Kazazs+εv，则WZ为微机械陀螺单元输出的角速度；其中，
Figure FDA0002233996910000082
εv表示微机械陀螺单元的随机误差均值。
3.按照权利要求2所述的一种载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法，其特征在于：步骤A2中单个微机械陀螺的加速度敏感系数的获取，具体过程如下：
步骤Ⅰ、在单个微机械陀螺(9)随着载体平台(14)运动的过程中，采用加速度传感器对载体平台(14)的总加速度进行检测，并将检测到的总加速度发送至数据处理器(13)，数据处理器(13)获取载体平台(14)的总加速度并记作Az；
步骤Ⅱ、数据处理器(13)根据公式得到加速度敏感指数M；其中，g表示重力加速度，且g＝9.8m/s2；
步骤Ⅲ、数据处理器(13)根据公式和
Figure FDA0002233996910000093
得到单个微机械陀螺(9)的Xs轴方向的加速度敏感系数Kax、单个微机械陀螺(9)的Ys轴方向的加速度敏感系数Kay和单个微机械陀螺(9)的Zs轴方向的加速度敏感系数Kaz。
4.按照权利要求2所述的一种载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法，其特征在于：步骤A2中所述单个微机械陀螺(9)的温度敏感性刻度系数K1(T)的取值范围为-0.045％×(T-25℃)～0.045％×(T-25℃)；其中，T表示单个微机械陀螺所处的温度；
单个微机械陀螺(9)的温度敏感性零偏b(T)的取值范围为-0.05×(T-25℃)～0.05×(T-25℃)。
5.按照权利要求2所述的一种载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法，其特征在于：步骤A2中单个微机械陀螺的随机误差ε的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第一微机械陀螺(1)的随机误差ε1的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第二微机械陀螺(2)的随机误差ε2的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第三微机械陀螺(3)的随机误差ε3的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第四微机械陀螺(4)的随机误差ε4的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第五微机械陀螺(5)的随机误差ε5的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第六微机械陀螺(6)的随机误差ε6的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第七微机械陀螺(7)的随机误差ε7的取值范围为0.002°/s～0.015°/s，第八微机械陀螺(8)的随机误差ε8的取值范围为0.002°/s～0.015°/s。
6.按照权利要求1所述的一种载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法，其特征在于：所述数据处理器(13)为单片机、DSP数据处理器或者ARM数据处理器，所述第一微机械陀螺(1)、第二微机械陀螺(2)、第三微机械陀螺(3)、第四微机械陀螺(4)、第五微机械陀螺(5)和第六微机械陀螺(6)和第七微机械陀螺(7)的输出端均与数据处理器(13)连接。
7.按照权利要求1所述的一种载体角速度检测用微惯性测量单元的布设方法，其特征在于：步骤103中采集总次数N的取值范围为10000～12000。
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