CN111435085A - 微机械电子惯性导航装置及其导航方法 - Google Patents

Abstract

一种微机械电子惯性导航装置及方法，该装置包括：N个传感器单元，其中，每个传感器单元包括N个传感器，N≥1且N为正整数，N个传感器单元用于感测载体的物理量并输出至处理器，其中，所述N个传感器单元被安装在长方体的侧面的两对角线的交点处，使得所述N个传感器单元中的每个传感器的敏感轴相对于正交直角坐标系中的三个正交轴定向，且每个所述传感器的敏感轴与所述长方体的底面成一预设角度，并与正方体中的体对角线对应平行；存储单元，用于存储所述物理量；处理器，用于将所述的物理量转换为作用于所述载体所在的正交直角坐标系的信号投影，再根据所述信号投影计算所述载体的位置信息和姿态信息。实施本发明可以减小导航误差。

Description

微机械电子惯性导航装置及其导航方法

技术领域

本发明涉及惯性导航技术领域，尤其涉及一种微机械电子惯性导航装置及其导航方法。

背景技术

惯性导航系统(Inertial Navigation System)是利用惯性敏感元件、基准方向及最初的位置信息来确定运载体的方位、姿态和速度的自主式航位推算系统。惯性导航系统可以分为平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统两大类。所述平台式惯性导航系统是将陀螺仪和加速计安装在一个稳定平台上，以平台坐标系为基准，测量运载体运动参数的惯性导航系统；捷联式惯性导航系统(Strapdown Inertial Navigation System，SINS)是将惯性敏感元件(陀螺仪和加速计)直接安装在运载体上，是一种不再需要稳定平台系统的惯性导航系统。随着惯性导航技术逐渐成熟，它已经被推广并应用到很多民用领域，如航空、航天、航海、石油钻井、大地测量、海洋调查、气象探测、机器人、车辆导航等。

由此可知，惯性导航技术应用范围广泛，有必要提出一种高精度的惯性导航装置。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种精度更高的微机械电子惯性导航装置及其导航方法。

一种微机械电子惯性导航装置，所述微机械电子惯性导航装置被安装于一载体，所述载体包括一机械基座，所述机械基座为一长方体形状，所述长方体是以一正方体的体对角线相交所在的面为侧面，以与所述侧面垂直相邻的面为底面而构成，以所述长方体的顶面的中心点为原点O’建立正交直角坐标系O’-x’y’z’，所述正交直角坐标系的X’轴与Y’轴分别为所述长方体的顶面的对角线，Z’轴与X’轴、Y’轴构成正交直角坐标系，所述装置包括：

N个传感器单元，其中，每个传感器单元包括N个传感器，N≥1且N为正整数，所述N个传感器单元用于感测所述载体的物理量并输出至处理器，其中，所述N个传感器被安装在所述长方体的侧面的两对角线的交点处，使得所述N个传感器中的每个传感器的敏感轴相对于所述正交直角坐标系中的三个正交轴定向，且每个所述传感器的敏感轴与所述长方体的底面成一预设角度，并与所述正方体中的体对角线对应平行；

存储单元，用于存储所述物理量；

处理器，用于将所述N个传感器单元感测的物理量转换为作用于所述载体所在的正交直角坐标系的信号投影，再根据所述信号投影计算所述载体的位置信息和姿态信息。

优选地，所述传感器单元包括陀螺仪传感器和加速度传感器，所述物理量包括所述陀螺仪传感器感测的所述载体的角速度和所述加速度传感器感测的所述载体的加速度。

优选地，所述预设角度为α＝35.26°。

优选地，所述传感器单元测量得到的物理量在所述正交直角坐标系O’-x’y’z’的正交轴上的投影具有比例系数B＝cos(90-α)°＝0.578。

优选地，每个所述传感器单元包括一个正六面体外壳，所述正六面体外壳上设置有N个传感器，N≥1且N为正整数，其中，与所述正六面体外壳中一个面的四条边相邻的四个面上的一个传感器组成一个四元组，且经过所述四元组中的每个传感器的连线构成的四边形与所述正六面体中一个面平行。

优选地，在所述正交直角坐标系O’-x’y’z’计算所述传感器单元测得的物理量在所述正交直角坐标系的坐标轴上的投影为：

其中，X_i'，Y_i'，Z_i'为一个所述四元组测得的物理量在所述正交直角坐标系的坐标轴上的投影。

优选地，所述处理器包括信息获取模块、计算模块和惯性导航模块，所述信息获取模块用于获取由N个传感器单元测量的角速度和加速度信息，所述计算模块根据所述角速度和加速度信息计算指示载体的运动状态信息，所述惯性导航模块根据所述角速度和加速度信息通过惯性导航技术计算所述载体的位置信息和姿态信息。

优选地，所述运动状态信息包括对所述加速度积分而获得的速度、对所述角速度积分而获得的姿态、或者加速度或角速度本身。

优选地，所述装置还包括：

数据接口单元，用于传输所述传感器单元所测量的物理量至所述载体。

一种利用上述的微机械电子惯性导航装置进行导航的方法，所述方法包括：

获取安装在载体上的N个传感器单元测量的物理量，其中，所述物理量包括陀螺仪传感器感测的所述载体的角速度和加速度传感器感测的所述载体的加速度；

根据所述物理量计算指示所述载体的运动状态信息，其中，所述运动状态信息包括对所述加速度积分而获得的速度、对所述角速度积分而获得的姿态、或者加速度或角速度本身；及

根据所述物理量通过惯性导航技术计算所述载体的位置信息和姿态信息。

相较于现有技术，本发明提供的惯性导航装置和方法，通过在载体的机械基座的侧面的中心点安装传感器单元，并使所述传感器单元的敏感轴相对于建立的一坐标系定向，再计算所述传感器单元测量的物理量在所述坐标系的坐标轴上的投影，最后根据所述投影通过惯性导航技术计算所述载体的位置信息和姿态信息。可以减小由于将传感器单元安装在机械基座内部中心点时带来的难度，以及提高导航精确性。

附图说明

图1为本发明一实施方式中所述微机械电子惯性导航装置的应用环境示意图。

图2为本发明一实施方式中所述微机械电子惯性导航装置的硬件架构示意图。

图3为本发明一实施方式中所述微机械电子惯性导航装置的一个传感器单元上传感器分布的立体示意图。

图4为本发明一实施方式中所述微机械电子惯性导航装置的一个传感器单元上传感器分布的平面示意图。

图5为本发明一实施方式中所述微机械电子惯性导航装置的处理器的示意图。

图6为本发明一实施方式中所述微机械电子惯性导航装置中的传感器单元的安装位置示意图。

图7为本发明一实施方式中所述惯性导航方法的较佳实施例的流程图。

主要元件符号说明

微机械电子惯性导航装置 100

传感器单元 10

载体 20

显示屏 21

机械基座 3

陀螺仪传感器 101

加速度传感器 102

第一传感器 103

第二传感器 104

第三传感器 105

第四传感器 106

第五传感器 107

第六传感器 108

第七传感器 109

第八传感器 110

数据接口单元 11

存储单元 12、22

处理器 13、23

信息获取模块 121

计算模块 122

惯性导航模块 123

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1，为本发明第一实施方式的微机械电子惯性导航装置的应用环境示意图。所述微机械电子惯性导航装置100安装在载体20的机械基座3上，所述载体20可以是无人机、船舶、机器人、车辆等。

请参阅图2，为本发明第一实施方式的微机械电子惯性导航装置的硬件架构示意图。所述微机械电子惯性导航装置100包括，但不限于，N个传感器单元10，其中，N≥1且N为正整数，数据接口单元11、存储单元12和处理器13。每个所述传感器单元10包括一个正六面体外壳，如图3所示，所述正六面体外壳上设置有N个传感器，其中，N≥1且N为正整数。与所述正六面体中一个面的四条边相邻的四个面上的一个传感器可以组成一个四元组，且经过所述四元组中每个传感器的连线构成的四边形与所述正六面体中一个面平行。

在本实施方式中，所述传感器单元包括十二个传感器，所述十二个传感器均匀的分布在所述正六面体的六个面上，即所述正六面体的每个面上都分布有两个传感器。请参阅图4，为图3所示的正六面体展开后的图。所述正六面体包括面Ⅰ、面Ⅱ、面Ⅲ、面Ⅳ、面Ⅴ和面Ⅵ。与所述面Ⅵ的四条边相邻的四个面(如面Ⅰ、面Ⅱ、面Ⅳ和面Ⅴ)上的一个传感器可以组成一个四元组，所述四元组包括的位于面Ⅰ上的第一传感器103、位于面Ⅱ上的第二传感器104、位于面Ⅳ上的第三传感器105和位于面Ⅴ上的第四传感器106，且经过所述第一传感器103、第二传感器104、第三传感器105和第四传感器106的连线构成的四边形与所述正六面体中的面Ⅵ平行。同样，与所述面Ⅵ的四条边相邻的四个面(如面Ⅰ、面Ⅱ、面Ⅳ和面Ⅴ)上的另一个传感器也可以组成一个四元组，所述四元组包括的位于面Ⅰ上的第五传感器107、位于面Ⅱ上的第六传感器108、位于面Ⅳ上的第七传感器109和位于面Ⅴ上的第八传感器110，且经过所述第五传感器107、第六传感器108、第七传感器109和第八传感器110的连线构成的四边形与所述正六面体中的面Ⅵ平行。以此类推，位于所述正六面体上的十二个传感器可以组成六个四元组，在此不再赘述另外四个四元组在所述正六面体上的分布情况。

在本实施方式中，所述传感器单元10包括陀螺仪传感器101和加速度传感器102。所述陀螺仪传感器101和加速度传感器102可以被集成在一芯片之后，将所述芯片安装在所述正六面体上。所述传感器单元10将所测量的物理量(例如，加速度和角速度)通过所述数据接口单元11输出至所述处理器13。所述处理器13用于将所述N个传感器单元感测的物理量转换为作用于所述载体所在的正交直角坐标系的信号投影，再根据所述信号投影计算所述载体20的位置信息和姿态信息。

所述数据接口单元11用于传输所述传感器单元10所测量的物理量至外部设备，例如所述载体。在本实施方式中，所述数据接口单元11为通用串行总线(Universal SerialBus，USB)接口。在其他实施方式中，所述数据接口单元11也可为其他具有传输数据功能的接口，例如microUSB接口等。

所述存储单元12用于临时地或永久的存储所述传感器单元10测量的物理量。所述处理器13执行用于提供微机械电子惯性导航装置100的各种功能的处理。

在本实施方式中，所述载体20包括，但不限于，显示屏21、存储单元22和处理器23。所述显示屏21用于显示所述载体运行时的状态及需要与用户交互的数据等。所述显示屏21可以具有触摸功能，如液晶显示屏(liquid crystal display)或有机发光二极管(OrganicLight-Emitting Diode，OLED)显示屏。在本实施例中，所述显示屏21与所述处理器23之间采用可变静态存储控制器(Flexible Static Memory Controller，FSMC)通信方式连接。

在一实施方式中，所述存储单元22可以临时地或永久的存储通过所述数据接口单元11传输的物理量。所述处理器23用于通过所述物理量计算所述载体20的位置信息和姿态信息。

所述存储单元12和存储单元22包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存储器(Random Access Memory，RAM)、可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)、可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)、一次可编程只读存储器(One-time Programmable Read-Only Memory，OTPROM)、电子擦除式可复写只读存储器(Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器、或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。

所述处理器13和处理器23可以由集成电路组成，例如可以由单个封装的集成电路所组成，也可以是由多个相同功能或不同功能封装的集成电路所组成，包括一个或者多个中央处理器(Central Processing unit，CPU)、微处理器、数字处理芯片、图形处理器及各种控制芯片的组合等。在本实施方式中，所述处理器一般采用嵌入式CPU，如ARM(AdvancedRISC Machines)、DSP(Digital Signal Processor)等。

如图5所示，所述处理器13包括信息获取模块121、计算模块122和惯性导航模块123。本说明书中所提及的“模块”是指以硬件或固件形式呈现的，或者是指利用程序语言例如JAVA、C语言编写的软件指令集。模块中的一个或多个软件指令可嵌入固件中，如嵌入在一个可擦写可程序设计储存器中。本实施例中所描述的模块可被实现为软件和/或硬件模块，并且可以被储存在任何类型的非临时性计算机可读介质或其它存储设备中。可以理解的是，所述处理器13还可以包括上述部件以外的其他部件。即，所述处理器13还可以执行除了上述部件的操作以外的操作。

所述信息获取模块121用于获取由N个传感器单元10测量的物理量。所述信息获取模块121还将所获取的物理量与测量时间相关联地输出至所述计算模块122和所述惯性导航模块123。

所述计算模块122根据所述物理量计算指示载体20的运动状态信息。

在本实施方式中，所述陀螺仪传感器101可以测量所述载体20的角速度。所述角速度是所述载体20相对惯性空间的角速度，所述计算模块122用于将所述角速度转换为所述载体20所在坐标系中的投影；所述加速度传感器102可以测量所述载体20的加速度，所述加速度是所述载体20相对惯性空间的加速度，所述计算模块122用于将所述加速度转换为所述载体20所在坐标系中的投影。所述计算模块122还用于根据所述角速度在载体20所在坐标系中的投影和加速度在载体20所在坐标系中的投影计算指示所述载体20的运动状态信息。所述运动状态信息可以是通过对加速度积分而获得的速度、通过对角速度积分而获得的姿态、或者加速度或角速度本身。

所述惯性导航模块123根据所述物理量通过惯性导航技术中的算法计算所述载体20的位置信息和姿态信息。

在本实施方式中，所述惯性导航技术是可以根据所述传感器单元10测量的角速度和加速度计算所述载体20的位置的技术。例如，所述惯性导航模块123将所述N个传感器单元10在载体20所在坐标系中的测量的物理量(如角速度和加速度)的投影通过姿态矩阵转换成导航坐标系中的物理量的投影，从而得到所述载体20的位置信息。

在本实施方式中，所述陀螺仪传感器101用于测量载体20的角速度，所述加速度传感器102用于测量所述载体20的加速度。所述陀螺仪传感器101与所述加速度传感器102沿载体20坐标系三轴方向安装(具体安装方法见下文)。尽管所述计算模块122可以将所述陀螺仪传感器101输出的角速度转换为所述载体20所在坐标系中的投影，及将所述加速度传感器102输出的加速度转换为所述载体20所在坐标系中的投影。而对于捷联惯性导航系统，导航计算需要在导航坐标系中完成。因此，需要将载体20坐标系中的物理量(如角速度和加速度)的投影通过姿态矩阵转换成导航坐标系中的物理量的投影，从而实现载体20坐标系到导航坐标系的坐标系的转换。

所述处理器13还用于实时地计算姿态矩阵，通过姿态矩阵把加速度传感器102测量的载体20沿载体20坐标系轴向的加速度信息变换到导航坐标系然后进行导航计算，同时从姿态矩阵的元素中提取姿态和导航信息。所述处理器13可以将采集的物理量进行多次积分来计算所述载体20的位置信息。

在本实施方式中，所述姿态矩阵的实时计算方法包括欧拉角法、方向余弦法、四元数法和等效旋转矢量法。

如图6所示，具体示出了一个传感器单元10的安装位置示意图。现有技术中，所述传感器单元10被安装在正方体形状的机械基座3的中心点。如图6中所示的正方体ABCD-A’B’C’D’的中心点O。而在本实施方式中，所述传感器单元10被安装在所述载体20的长方体形状的机械基座3的侧面的中心点。如图6中所示的长方体BDEF-B’D’E’F’的侧面S_BB’D’D的中心点O。所述长方体BDEF-B’D’E’F’是以所述正方体的体对角线BD’和DB’所在的面S_BB’D’D为侧面，以与所述面S_BB’D’D垂直相邻的面S_BDEF为底面构成。在本实施方式中，所述长方体的面S_BFF’B’与所述正方体的体对角线AC’和CA’所在的面S_ACC’A’平行。如此，本案中将传感器单元10安装在机械基座3的侧面的中心点比现有技术中将所述传感器单元10安装在机械基座3内部的体对角线的交点更加容易，且可以带来更高精度的测量效果。

为了更详细的描述所述传感器单元10的安装位置并计算所述传感器单元10测量的物理量在惯性导航空间的坐标系上的投影，在所述正方体ABCD-A’B’C’D’和所述长方体BDEF-B’D’E’F’中分别建立第一正交直角坐标系和第二正交直角坐标系。以所述点O为原点建立所述第一正交直角坐标系O-xyz，所述坐标系O-xyz中互相垂直相交的X轴与Y轴构成的平面与所述正方体ABCD-A’B’C’D’的面S_ABCD平行，所述坐标系O-xyz的Z轴垂直于所述面S_ABCD。以所述长方体BDEF-B’D’E’F’的面S_{B’D’E’F’}的中心点为原点O’建立第二正交直角坐标系O’-x’y’z’，所述第二正交直角坐标系的X’轴与Y’轴分别为所述面S_{B’D’E’F’}的对角线B’E’和D’F’，Z’轴与X’轴、Y’轴构成右手直角坐标系。

在本实施方式中，所述传感器单元10被安装在所述长方体BDEF-B’D’E’F’的侧面S_BB’D’D的两对角线BD’和DB’的交点O处，并且所述传感器单元10中的每一传感器(如陀螺仪传感器101或加速度传感器102)的敏感轴与所述长方体BDEF-B’D’E’F’的底面S_BDEF成一预设角度，所述预设角度为α＝35.26°，且所述每一传感器的敏感轴与所述正方体中的体对角线对应平行。

例如，以包括第一传感器103、第二传感器104、第三传感器105和第四传感器106构成的一个四元组为例，来描述所述传感器单元10的安装位置并计算所述传感器单元10测量的物理量在惯性导航空间的坐标系上的投影。所述第一传感器103的敏感轴1’与所述底面S_BDEF的成预设角度，且所述敏感轴1’的方向与所述正方体中的体对角线CA’平行；第二传感器104的敏感轴2’与所述底面S_BDEF成预设角度，且所述敏感轴2’的方向与所述正方体中的体对角线DB’平行；第三传感器105的敏感轴3’与所述面底S_BDEF成预设角度，且所述敏感轴3’的方向与所述正方体中的体对角线AC’平行；第四传感器106的敏感轴4’与所述底面S_BDEF成预设角度，且所述敏感轴4’的方向与所述正方体中的体对角线BD’平行。

由此，所述四元组测量得到的物理量(角速度或加速度)在所述第二正交直角坐标系O’-x’y’z’的正交轴上的投影具有比例系数B＝cos(90-α)°＝cos(90-35.26)°＝0.578。

可以理解的是，所述四元组测得的物理量在所述第二正交直角坐标系O’-x’y’z’的坐标轴上的投影为：

其中，所述A1’为所述四元组中第一传感器103测得的物理量在坐标轴上的投影，所述A2’为所述四元组中第二传感器104测得的物理量在坐标轴上的投影，所述A3’为所述四元组中第三传感器105测得的物理量在坐标轴上的投影，所述A4’为所述四元组中第四传感器106测得的物理量在坐标轴上的投影。

当所述四元组的数量为n时，n个所述四元组测得的物理量在所述第二正交直角坐标系的坐标轴上的投影为：

其中，X_i'，Y_i'，Z_i'为一个四元组测得的物理量在所述第二正交直角坐标系的坐标轴上的投影。即，上述投影也是所述传感器单元10测得的物理量在所述第二正交直角坐标系的坐标轴上的投影。

请参考图7，所示为本发明一实施方式中惯性导航方法的流程图。根据不同需求，所述流程图中步骤的顺序可以改变，某些步骤可以省略或合并。

步骤S01，获取由传感器单元10测量的物理量。

在本实施方式中，所述传感器单元10包括陀螺仪传感器101和加速度传感器102。所述传感器单元10可以被集成在一芯片之后，将所述芯片安装在载体20的机械基座3上。所述陀螺仪传感器101可以测量所述载体20的角速度。所述加速度传感器102可以测量所述载体20的加速度。即，所述物理量包括加速度和加速度。

步骤S02，根据所述物理量计算指示载体20的运动状态信息。

在本实施方式中，所述陀螺仪传感器101可以测量所述载体20的角速度。所述角速度是所述载体20相对惯性空间的角速度，所述计算模块122用于将所述角速度转换为所述载体20所在坐标系中的投影；所述加速度传感器102可以测量所述载体20的加速度，所述加速度是所述载体20相对惯性空间的加速度，所述计算模块122用于将所述加速度转换为所述载体20所在坐标系中的投影。具体的计算方法如上文所述，在此不再赘述。

所述计算模块122还用于根据所述角速度在载体20所在坐标系中的投影和加速度在载体20所在坐标系中的投影计算指示所述载体20的运动状态信息。所述运动状态信息可以是通过对加速度积分而获得的速度、通过对角速度积分而获得的姿态、或者加速度或角速度本身。

步骤S03，根据所述物理量通过惯性导航技术中的算法计算所述载体20的位置信息和姿态信息。

在本实施方式中，所述惯性导航技术是可以根据所述传感器单元10测量的角速度和加速度计算所述载体20的位置的技术。例如，所述惯性导航模块123将所述N个传感器单元10在载体20所在坐标系中的测量的物理量(如角速度和加速度)的投影通过姿态矩阵转换成导航坐标系中的物理量的投影，从而得到所述载体20的位置信息。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

另外，本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种微机械电子惯性导航装置，所述微机械电子惯性导航装置被安装于一载体，所述载体包括一机械基座，所述机械基座为一长方体形状，所述长方体是以一正方体的体对角线相交所在的面为侧面，以与所述侧面垂直相邻的面为底面而构成，以所述长方体的顶面的中心点为原点O’建立正交直角坐标系O’-x’y’z’，所述正交直角坐标系的X’轴与Y’轴分别为所述长方体的顶面的对角线，Z’轴与X’轴、Y’轴构成正交直角坐标系，其特征在于，所述装置包括：

N个传感器单元，其中，每个传感器单元包括N个传感器，N≥1且N为正整数，所述N个传感器单元用于感测所述载体的物理量并输出至处理器，其中，所述N个传感器被安装在所述长方体的侧面的两对角线的交点处，使得所述N个传感器中的每个传感器的敏感轴相对于所述正交直角坐标系中的三个正交轴定向，且每个所述传感器的敏感轴与所述长方体的底面成一预设角度，并与所述正方体中的体对角线对应平行；

存储单元，用于存储所述物理量；

处理器，用于将所述N个传感器单元感测的物理量转换为作用于所述载体所在的正交直角坐标系的信号投影，再根据所述信号投影计算所述载体的位置信息和姿态信息。

2.如权利要求1所述的微机械电子惯性导航装置，其特征在于，所述传感器单元包括陀螺仪传感器和加速度传感器，所述物理量包括所述陀螺仪传感器感测的所述载体的角速度和所述加速度传感器感测的所述载体的加速度。

3.如权利要求2所述的微机械电子惯性导航装置，其特征在于，所述预设角度为α＝35.26°。

4.如权利要求3所述的微机械电子惯性导航装置，其特征在于，所述传感器单元测量得到的物理量在所述正交直角坐标系O’-x’y’z’的正交轴上的投影具有比例系数B＝cos(90-α)°＝0.578。

5.如权利要求4所述的微机械电子惯性导航装置，其特征在于，每个所述传感器单元包括一个正六面体外壳，所述正六面体外壳上设置有N个传感器，N≥1且N为正整数，其中，与所述正六面体外壳中一个面的四条边相邻的四个面上的一个传感器组成一个四元组，且经过所述四元组中的每个传感器的连线构成的四边形与所述正六面体中一个面平行。

6.如权利要求5所述的微机械电子惯性导航装置，其特征在于，在所述正交直角坐标系O’-x’y’z’计算所述传感器单元测得的物理量在所述正交直角坐标系的坐标轴上的投影为：

其中，X_i′，Y_i′，Z_i′为一个所述四元组测得的物理量在所述正交直角坐标系的坐标轴上的投影。

7.如权利要求2所述的微机械电子惯性导航装置，其特征在于，所述处理器包括信息获取模块、计算模块和惯性导航模块，所述信息获取模块用于获取由N个传感器单元测量的角速度和加速度信息，所述计算模块根据所述角速度和加速度信息计算指示载体的运动状态信息，所述惯性导航模块根据所述角速度和加速度信息通过惯性导航技术计算所述载体的位置信息和姿态信息。

8.如权利要求7所述的微机械电子惯性导航装置，其特征在于，所述运动状态信息包括对所述加速度积分而获得的速度、对所述角速度积分而获得的姿态、或者加速度或角速度本身。

9.如权利要求1所述的微机械电子惯性导航装置，其特征在于，所述装置还包括：

数据接口单元，用于传输所述传感器单元所测量的物理量至所述载体。

10.一种利用如权利要求1-9中任意一项的微机械电子惯性导航装置进行导航的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取安装在所述载体上的N个传感器单元测量的物理量，其中，所述物理量包括陀螺仪传感器感测的所述载体的角速度和加速度传感器感测的所述载体的加速度；

根据所述物理量计算指示所述载体的运动状态信息，其中，所述运动状态信息包括对所述加速度积分而获得的速度、对所述角速度积分而获得的姿态、或者加速度或角速度本身；及

根据所述物理量通过惯性导航技术计算所述载体的位置信息和姿态信息。

Images