CN114609407A - 基于mems陀螺仪的水平测速仪及其测速方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于MEMS陀螺仪的水平测速仪及其测速方法，其包括直线驱动单元、水平转动单元、俯仰转动单元、水平转动底板和激光水平测速仪，水平转动单元设于直线驱动单元中的水平滑动底板上，且水平输出轴的顶部与俯仰转动单元中水平转动底板的底部相连接，俯仰转动单元及激光水平测速仪均设于水平转动底板上。本发明通过设置直线驱动单元、水平转动单元以及俯仰转动单元，可以对激光水平测速仪的位置以及姿态进行调整，有利于增大目标物的测速范围，同时激光水平测速仪中长筒激光测距仪和水平测速仪配合使用，可以实时跟踪观测较远目标物体的速度及位置，具有测量范围大、水平角速度测量精度高、环境适应能力强、实用性强等优点。

Description

基于MEMS陀螺仪的水平测速仪及其测速方法

技术领域

本发明属于测速装置技术领域，特别涉及一种基于MEMS陀螺仪的水平测速仪及其测速方法。

背景技术

目前较多采用的测速方式有雷达测速、激光测速、地感线圈测速、视频测速等，运用最多的是雷达测速。对于传统的测速，其测速距离较短，在测速的同时无法测得实际距离和水平距离，更难实现同时对观测目标位置和速度检测，且容易受干扰，隐蔽性弱，对于需要实时观测远距离目标有较大的难度。且在某些特殊使用场合，需要实时跟踪观测远距离目标物体的速度和位置并预判其下一运动位置，以方便精准打击目标物。

因此，为满足远距离实时跟踪观测目标物体的速度和位置，急需设计一种高精度，数据同步性好，结构合理的测速仪，用于实时跟踪观测目标物体的速度和位置。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于MEMS陀螺仪的水平测速仪及其测速方法，通过设置直线驱动单元、水平转动单元以及俯仰转动单元，对激光水平测速仪的位置以及姿态进行调整，有利于增大目标物的测速范围，同时长筒激光测距仪和水平测速仪配合使用，能够实时跟踪观测较远目标物体的速度及位置；同时采用MEMS陀螺仪作为角速率传感器，测量目标物的水平角速率和方位角。本发明具有测量范围大、水平角速度测量精度高、环境适应能力强的优点。

本发明采用的技术方案是一种基于MEMS陀螺仪的水平测速仪，其包括直线驱动单元、水平转动单元、俯仰转动单元、水平转动底板和激光水平测速仪，所述直线驱动单元包括底板、直线导轨、水平滑动底板、导轨滑块、后端轴承座、丝杠螺母、传动丝杠、前端轴承座和驱动电机，所述传动丝杠设于所述底板上，且所述传动丝杠的第一端通过轴承支撑于所述后端轴承座上，所述传动丝杠的第二端穿过所述前端轴承座通过联轴器与所述驱动电机的输出轴连接，且所述驱动电机固定于所述底板上，所述直线导轨对称设于所述底板的两侧，所述导轨滑块均布设于所述水平滑动底板底部的边角处，且所述水平滑动底板上固定设有所述丝杠螺母，所述导轨滑块滑动设于所述直线导轨上，且所述丝杠螺母与所述传动丝杠传动连接；所述水平转动单元设于所述水平滑动底板上，且所述水平转动单元包括水平转动底座、水平调整手轮、水平输出轴、水平转动蜗轮和水平转动蜗杆，所述水平输出轴设于所述水平转动底座中，且所述水平输出轴上设有所述水平转动蜗轮，所述水平转动蜗杆设于所述水平转动蜗轮的一侧，且所述水平转动蜗轮与所述水平转动蜗杆啮合传动，所述水平转动蜗杆的第一端支撑于所述水平转动底座上，所述水平转动蜗杆的第二端穿过所述水平转动底座的一侧，且所述水平转动蜗杆的第二端设有所述水平调整手轮；所述俯仰转动单元及激光水平测速仪均设于所述水平转动底板上，且所述水平转动底板的底部与所述水平输出轴的顶部相连接，所述俯仰转动单元中俯仰输出轴的第一端与所述水平转动底板转动连接，所述俯仰输出轴的第二端与所述激光水平测速仪中观测镜筒的一侧固联，且所述观测镜筒的另一侧与辅助转轴的第一端固联，所述辅助转轴的第二端与所述水平转动底板转动连接，所述激光水平测速仪包括观测镜筒、长筒激光测距仪、水平测速仪和机壳主体，所述机壳主体设于所述观测镜筒上，所述长筒激光测距仪设于所述机壳主体中，所述水平测速仪中设有MEMS陀螺仪，且所述水平测速仪通过所述机壳主体一侧的数字接口插接于所述机壳主体中。

进一步地，所述俯仰转动单元包括俯仰调整手轮、俯仰转动轴承、俯仰转动蜗轮、俯仰转动蜗杆、俯仰转动底座和俯仰输出轴，所述俯仰输出轴设于所述俯仰转动底座中，且所述俯仰输出轴上设有所述俯仰转动蜗轮，所述俯仰输出轴的第二端与所述观测镜筒的一侧固联，所述俯仰转动蜗杆设于所述俯仰转动蜗轮的一侧，且所述俯仰转动蜗杆与所述俯仰转动蜗轮啮合传动，所述俯仰转动蜗杆的第一端通过俯仰转动轴承支撑于所述俯仰转动底座上，所述俯仰转动蜗杆的第二端穿过所述俯仰转动底座的一侧，且所述俯仰转动蜗杆的第二端设有所述俯仰调整手轮。

优选地，所述观测镜筒的上方设有滑轨，且所述机壳主体的底部设有滑动底板，所述机壳主体通过所述滑动底板滑动设于所述观测镜筒的滑轨上。

进一步地，所述长筒激光测距仪包括长筒激光测距仪主板、激光发送模块、控制模块、激光接收模块和激光测距仪模块，所述激光发送模块、控制模块、激光接收模块以及激光测距仪模块均设于所述长筒激光测距仪主板上，且所述激光发送模块、激光接收模块以及所述激光测距仪模块均与所述控制模块通讯连接。

进一步地，所述水平测速仪还包括水平测速仪主板、温度传感器、内部微处理器、主处理芯片和加速度计，所述多个内部微处理器采用IMU阵列式排布设于所述水平测速仪主板上，且所述内部微处理器的一侧设有所述温度传感器和加速度计，所述主处理芯片设于所述水平测速仪主板上。

优选地，所述温度传感器、内部微处理器、加速度计以及所述MEMS陀螺仪与所述主处理芯片之间均采用模拟SPI通讯。

本发明的另一方面，提供一种基于MEMS陀螺仪的水平测速仪的测速方法，其包括以下步骤：

S1、建立导航坐标系，并依据导航坐标系建立激光水平测速仪坐标系；

S2、建立由所述导航坐标系到所述激光水平测速仪坐标系的姿态矩阵

且所述姿态矩阵

的表达式为：

式中，θ表示俯仰角，ψ表示偏转角，γ表示横滚角；

S3、获取所述加速度计的数值，建立加速度输出值矩阵a^b＝[a_x a_y a_z]^T，根据公式

解得横滚角γ以及俯仰角θ的数值，其横滚角γ以及俯仰角θ的表达式分别为：

式中，gⁿ表示当地重力矢量gⁿ＝[00g]^T，g为当地水平重力加速度；

S4、将步骤S3中计算得到的横滚角γ以及俯仰角θ数值，带入步骤S2中并经过矩阵变换，得到所述激光水平测速仪坐标系到所述地平坐标系的姿态矩阵

且所述姿态矩阵

为：

S5、获取所述MEMS陀螺仪的数值，建立MEMS陀螺仪输出值矩阵

根据公式

将ω^h分解至3个坐标平面内，并解得水平角速率

的数值，其水平角速率

的表达式为：

S6、对步骤S5中计算得到的水平角速率

数进行积分计算得到水平转角，其积分表达式为：

式中，t表示跟踪观测目标时间。

S7、由所述长筒激光测距仪测得所述观测镜筒至目标物的距离L，则能得到所述观测镜筒至目标物的水平距离L_h以及所述观测镜筒与目标物之间的高度差H分别为：

L_h＝Lcosθ

H＝Lsinθ

从而获得所述目标物的水平运动速度v，其水平运动速度v的表达式为：

本发明的特点和有益效果是：

1、本发明提供的基于MEMS陀螺仪的水平测速仪及其测速方法，通过设置直线驱动单元、水平转动单元以及俯仰转动单元，可以对激光水平测速仪的位置以及姿态进行调整，有利于增大目标物的测速范围。

2、本发明提供的基于MEMS陀螺仪的水平测速仪及其测速方法，在观测镜筒上设有滑轨，机壳主体的底部设有滑动底板，激光水平测速仪采用滑轨安装，拆卸方便且利于更换。

3、本发明提供的基于MEMS陀螺仪的水平测速仪及其测速方法，长筒激光测距仪和水平测速仪配合使用，能够实时跟踪观测较远目标物体的速度及位置。

4、本发明提供的基于MEMS陀螺仪的水平测速仪及其测速方法，水平测速仪中多个内部微处理器采用IMU阵列式排布，有利于获得测量精度更高的测量数据，同时各个传感器和主处理芯片之间采用模拟SPI通讯，时间同步性好，利用MEMS陀螺仪作为角速率传感器，测量目标物的水平角速率和方位角，具有体积小、质量轻、可靠性好的优点。

附图说明

图1是本发明基于MEMS陀螺仪的水平测速仪的整体结构示意图；

图2是本发明的直线驱动单元结构示意图；

图3是本发明的水平转动单元结构示意图；

图4是本发明的俯仰转动单元结构示意图；

图5是本发明的长筒激光测距仪结构图；

图6是本发明的水平测速仪结构图；

图7是本发明的测速方法流程图；

图8是本发明的水平测速仪姿态角定义图；

图9是本发明的水平速度解算示意图；

图10是本发明的模拟分析示意图。

主要附图标记：

底板1；直线导轨2；水平滑动底板3；导轨滑块4；后端轴承座5；水平转动单元6；水平转动底板7；俯仰调整手轮8；俯仰转动单元9；长筒激光测距仪10；观测镜筒11；水平调整手轮12；丝杠螺母13；传动丝杠14；前端轴承座15；联轴器16；驱动电机17；俯仰转动轴承18；俯仰转动蜗轮19；水平测速仪20；水平输出轴21；水平转动蜗轮22；水平转动蜗杆23；激光发送模块24；控制模块25；数字接口26；滑动底板27；激光接收模块28；温度传感器29；内部微处理器30；主处理芯片31；加速度计32；MEMS陀螺仪33；激光测距仪模块34；水平转动底座35；俯仰转动蜗杆36；俯仰转动底座37；俯仰输出轴38；辅助转轴39。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

本发明提供基于MEMS陀螺仪的水平测速仪，如图1所示，其包括直线驱动单元、水平转动单元6、俯仰转动单元9、水平转动底板7和激光水平测速仪。

如图2所示，直线驱动单元包括底板1、直线导轨2、水平滑动底板3、导轨滑块4、后端轴承座5、丝杠螺母13、传动丝杠14、前端轴承座15和驱动电机17，传动丝杠14设于底板1上，且传动丝杠14的第一端通过轴承支撑于后端轴承座5上，传动丝杠14的第二端穿过前端轴承座15通过联轴器16与驱动电机17的输出轴连接，且驱动电机17固定于底板1上，直线导轨2对称设于底板1的两侧，导轨滑块4均布设于水平滑动底板3底部的边角处，且水平滑动底板3上固定设有丝杠螺母13，导轨滑块4滑动设于直线导轨2上，且丝杠螺母13与传动丝杠14传动连接。

如图3所示，水平转动单元6设于水平滑动底板3上，且水平转动单元6包括水平转动底座35、水平调整手轮12、水平输出轴21、水平转动蜗轮22和水平转动蜗杆23，水平输出轴21设于水平转动底座35中，且水平输出轴21上设有水平转动蜗轮22，水平转动蜗杆23设于水平转动蜗轮22的一侧，且水平转动蜗轮22与水平转动蜗杆23啮合传动，水平转动蜗杆23的第一端支撑于水平转动底座35上，水平转动蜗杆23的第二端穿过水平转动底座35的一侧，且水平转动蜗杆23的第二端设有水平调整手轮12。

如图4所示，俯仰转动单元9及激光水平测速仪均设于水平转动底板7上，且水平转动底板7的底部与水平输出轴21的顶部相连接，俯仰转动单元9包括水平转动底板7、俯仰调整手轮8、俯仰转动轴承18、俯仰转动蜗轮19、俯仰转动蜗杆36、俯仰转动底座37和俯仰输出轴38，俯仰输出轴38设于俯仰转动底座37中，且俯仰输出轴38上设有俯仰转动蜗轮19，俯仰输出轴38的第二端与观测镜筒11的一侧固联，俯仰转动蜗杆36设于俯仰转动蜗轮19的一侧，且俯仰转动蜗杆36与俯仰转动蜗轮19啮合传动，俯仰转动蜗杆36的第一端通过俯仰转动轴承18支撑于俯仰转动底座37上，俯仰转动蜗杆36的第二端穿过俯仰转动底座37的一侧，且俯仰转动蜗杆36的第二端设有俯仰调整手轮8。且俯仰输出轴38的第一端与水平转动底板7转动连接，俯仰输出轴38的第二端与激光水平测速仪中观测镜筒11的一侧固联，且观测镜筒11的另一侧与辅助转轴39的第一端固联，辅助转轴39的第二端与水平转动底板7转动连接。

如图1、图5和图6所示，激光水平测速仪包括观测镜筒11、长筒激光测距仪10、水平测速仪20和机壳主体，机壳主体设于观测镜筒11上，长筒激光测距仪10设于机壳主体中，水平测速仪中设有MEMS陀螺仪33，且水平测速仪20通过机壳主体一侧的数字接口26插接于机壳主体中。

在一种优选方式中，观测镜筒11的上方设有滑轨，且机壳主体的底部设有滑动底板27，机壳主体通过滑动底板27滑动设于观测镜筒11的滑轨上。

如图5所示，长筒激光测距仪10包括长筒激光测距仪主板、激光发送模块24、控制模块25、激光接收模块28和激光测距仪模块34，激光发送模块24、控制模块25、激光接收模块28以及激光测距仪模块34均设于长筒激光测距仪主板上，且激光发送模块24、激光接收模块28以及激光测距仪模块34均与控制模块25通讯连接。

如图6所示，水平测速仪20包括水平测速仪主板、温度传感器29、内部微处理器30、主处理芯片31和加速度计32，多个内部微处理器30采用IMU阵列式排布设于水平测速仪主板上，且内部微处理器30的一侧设有温度传感器29和加速度计32，主处理芯片31设于水平测速仪主板上。

在一种优选方式中，温度传感器29、内部微处理器30、加速度计32以及MEMS陀螺仪33与主处理芯片31之间均采用模拟SPI通讯。

本发明的另一方面，提供一种基于MEMS陀螺仪的水平测速仪的测速方法，如图7～图10所示，其包括以下步骤：

S1、建立导航坐标系n系，并依据导航坐标系n系建立激光水平测速仪坐标系b系。如图8所示，其具体为导航坐标系n系采用东北天坐标系O-XYZ坐标系，激光水平测速仪坐标系b系采用右前上坐标系O’-X’Y’Z’。激光水平测速仪坐标系相对于导航坐标系的方位关系就是激光水平测速仪的水平偏转角、俯仰角，横滚角，其定义如下：在水平面内，水平偏转角ψ从北向算起，逆时针为正，有效范围为[0°，360°]；俯仰角θ为载体纵轴(y轴)和水平面的夹角，横滚角γ为载体横轴(x轴)和水平面的夹角，载体横轴(x轴)负向高于水平面为正，反之为负，有效范围为[-180°，180°]。

S2、建立由导航坐标系n系到激光水平测速仪坐标系b系的姿态矩阵

且姿态矩阵

的表达式为：

式中，θ表示俯仰角，ψ表示偏转角，γ表示横滚角。

S3、获取加速度计32的数值，建立加速度输出值矩阵a^b＝[a_x a_y a_z]^T，根据公式

解得横滚角γ以及俯仰角θ的数值，其横滚角γ以及俯仰角θ的表达式分别为：

式中，gⁿ表示当地重力矢量gⁿ＝[0 0 g]^T，g为当地水平重力加速度。

S4、将步骤S3中计算得到的横滚角γ以及俯仰角θ数值，带入步骤S2中并经过矩阵变换，得到激光水平测速仪坐标系b系到地平坐标系h系的姿态矩阵

且姿态矩阵

为：

S5、获取MEMS陀螺仪33的数值，建立MEMS陀螺仪输出值矩阵

根据公式

将ω^h分解至3个坐标平面内，并解得水平角速率

的数值，其水平角速率

的表达式为：

S6、对步骤S5中计算得到的水平角速率

数进行积分计算得到水平转角，其积分表达式为：

式中，t表示跟踪观测目标时间。

S7、由长筒激光测距仪10测得观测镜筒11至目标物的距离L，则能得到观测镜筒11至目标物的水平距离L_h以及观测镜筒11与目标物之间的高度差H分别为：

L_h＝Lcosθ

H＝Lsinθ

从而获得目标物的水平运动速度v，其水平运动速度v的表达式为：

如图10所示，为获得目标物更为精确的目标物速度，测得的水平距离L_h为目标物初始距离，可再测得观测时间内目标物终止距离L_h'，则径向位移距离为L_r＝L_h'-L_h，进而可以根据v_r＝L_r/t计算目标物径向运动平均速度，再由

可得其实际运动速度，对目标物运动状态的描述更加准确。

本发明的具体操作步骤如下：

如图1～图9所示，本发明的基于MEMS陀螺仪的水平测速仪及其测速方法，其包括直线驱动单元、水平转动单元6、俯仰转动单元9和激光水平测速仪。水平转动单元6设于直线驱动单元的水平滑动底板3上，俯仰转动单元9及激光水平测速仪均设于水平转动底板7上。

在具体使用过程中，用户首先启动驱动电机17，采用丝杠丝母传动以及导轨滑块运动，通过驱动电机17正反转来控制直线驱动单元来带动整个装置更加稳定的水平滑动至合适观测位置。其次用户可通过旋转水平调整手轮12，从而带动水平转动蜗杆23、水平转动蜗轮22、水平输出轴21、水平转动底板7以及安装在水平转动底板7上的俯仰转动单元9进行水平旋转，调整至合适位置后停止。紧接着用户可通过旋转俯仰调整手轮8，从而带动俯仰转动蜗杆36、俯仰转动蜗轮19、俯仰输出轴38以及激光水平测速仪进行俯仰转动，当待观测目标出现在观测镜视野内时，开始给激光水平测速仪上电。

在进行观测时，通过旋转水平调整手轮12和旋转俯仰调整手轮8协调配合旋转调整，使观测目标保持出现在观测镜视野内一段时间，在这段时间内，激光水平测速仪内的激光测距模块34和水平测速仪20保持运行状态，在观测时间内，由加速度计32输出及导航坐标系n系到激光水平测速仪坐标系b系的姿态矩阵

计算横滚角γ，俯仰角θ，由此计算得到激光水平测速仪坐标系b系到地平坐标系h系的姿态矩阵

通过MEMS陀螺仪33得输出以及姿态矩阵

解算得到水平角速率

在跟踪观测时间t内对水平角速率积分得到水平转角，再由长筒激光测距仪10测得观测镜筒11距离目标物距离L，得到观测镜筒11至目标物的水平距离L_h以及观测镜筒11与目标物之间的高度差H及目标物的水平运动速度v。因此在观测目标物体运动的观测时间内解算得到的数据包括，距离目标物水平距离L_h、与目标物之间高度差H、目标物水平运动速度v。

最后，对解算得的距离目标物水平距离、与目标物之间高度差、目标物水平运动速度。进行数据处理，从而求出目标位置以及预判观测目标下一位置，对于同一观测目标可进行多次或较长时间的实时观测，以获得更加精确可靠的数据。在实时跟踪检测远距离目标物体的速度和位置整个过程中，所用到的传感器采用的多个IMU阵列式排布，相较于单个IMU具有更高精度的测量数据，各个传感器和主处理芯片31之间是模拟SPI通讯，有利于保证时间同步。

以上所述的实施例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做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 (7)

1.一种基于MEMS陀螺仪的水平测速仪，其特征在于，其包括直线驱动单元、水平转动单元、俯仰转动单元、水平转动底板和激光水平测速仪，

所述直线驱动单元包括底板、直线导轨、水平滑动底板、导轨滑块、后端轴承座、丝杠螺母、传动丝杠、前端轴承座和驱动电机，所述传动丝杠设于所述底板上，且所述传动丝杠的第一端通过轴承支撑于所述后端轴承座上，所述传动丝杠的第二端穿过所述前端轴承座通过联轴器与所述驱动电机的输出轴连接，且所述驱动电机固定于所述底板上，所述直线导轨对称设于所述底板的两侧，所述导轨滑块均布设于所述水平滑动底板底部的边角处，且所述水平滑动底板上固定设有所述丝杠螺母，所述导轨滑块滑动设于所述直线导轨上，且所述丝杠螺母与所述传动丝杠传动连接；

所述水平转动单元设于所述水平滑动底板上，且所述水平转动单元包括水平转动底座、水平调整手轮、水平输出轴、水平转动蜗轮和水平转动蜗杆，所述水平输出轴设于所述水平转动底座中，且所述水平输出轴上设有所述水平转动蜗轮，所述水平转动蜗杆设于所述水平转动蜗轮的一侧，且所述水平转动蜗轮与所述水平转动蜗杆啮合传动，所述水平转动蜗杆的第一端支撑于所述水平转动底座上，所述水平转动蜗杆的第二端穿过所述水平转动底座的一侧，且所述水平转动蜗杆的第二端设有所述水平调整手轮；

所述俯仰转动单元及激光水平测速仪均设于所述水平转动底板上，且所述水平转动底板的底部与所述水平输出轴的顶部相连接，所述俯仰转动单元中俯仰输出轴的第一端与所述水平转动底板转动连接，所述俯仰输出轴的第二端与所述激光水平测速仪中观测镜筒的一侧固联，且所述观测镜筒的另一侧与辅助转轴的第一端固联，所述辅助转轴的第二端与所述水平转动底板转动连接，所述激光水平测速仪包括观测镜筒、长筒激光测距仪、水平测速仪和机壳主体，所述机壳主体设于所述观测镜筒上，所述长筒激光测距仪设于所述机壳主体中，所述水平测速仪中设有MEMS陀螺仪，且所述水平测速仪通过所述机壳主体一侧的数字接口插接于所述机壳主体中。

2.根据权利要求1所述的基于MEMS陀螺仪的水平测速仪，其特征在于，所述俯仰转动单元包括俯仰调整手轮、俯仰转动轴承、俯仰转动蜗轮、俯仰转动蜗杆、俯仰转动底座和俯仰输出轴，所述俯仰输出轴设于所述俯仰转动底座中，且所述俯仰输出轴上设有所述俯仰转动蜗轮，所述俯仰输出轴的第二端与所述观测镜筒的一侧固联，所述俯仰转动蜗杆设于所述俯仰转动蜗轮的一侧，且所述俯仰转动蜗杆与所述俯仰转动蜗轮啮合传动，所述俯仰转动蜗杆的第一端通过俯仰转动轴承支撑于所述俯仰转动底座上，所述俯仰转动蜗杆的第二端穿过所述俯仰转动底座的一侧，且所述俯仰转动蜗杆的第二端设有所述俯仰调整手轮。

3.根据权利要求1所述的基于MEMS陀螺仪的水平测速仪，其特征在于，所述观测镜筒的上方设有滑轨，且所述机壳主体的底部设有滑动底板，所述机壳主体通过所述滑动底板滑动设于所述观测镜筒的滑轨上。

4.根据权利要求1所述的基于MEMS陀螺仪的水平测速仪，其特征在于，所述长筒激光测距仪包括长筒激光测距仪主板、激光发送模块、控制模块、激光接收模块和激光测距仪模块，所述激光发送模块、控制模块、激光接收模块以及激光测距仪模块均设于所述长筒激光测距仪主板上，且所述激光发送模块、激光接收模块以及所述激光测距仪模块均与所述控制模块通讯连接。

5.根据权利要求1所述的基于MEMS陀螺仪的水平测速仪，其特征在于，所述水平测速仪还包括水平测速仪主板、温度传感器、内部微处理器、主处理芯片和加速度计，所述多个内部微处理器采用IMU阵列式排布设于所述水平测速仪主板上，且所述内部微处理器的一侧设有所述温度传感器和加速度计，所述主处理芯片设于所述水平测速仪主板上。

6.根据权利要求5所述的基于MEMS陀螺仪的水平测速仪，其特征在于，所述温度传感器、内部微处理器、加速度计以及所述MEMS陀螺仪与所述主处理芯片之间均采用模拟SPI通讯。

7.一种实现权利要求1至6之一所述的基于MEMS陀螺仪的水平测速仪的测速方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、建立导航坐标系，并依据导航坐标系建立激光水平测速仪坐标系；

S2、建立由所述导航坐标系到所述激光水平测速仪坐标系的姿态矩阵

且所述姿态矩阵

的表达式为：

式中，θ表示俯仰角，ψ表示偏转角，γ表示横滚角；

S3、获取加速度计的数值，建立加速度输出值矩阵a^b＝[a_x a_y a_z]^T，根据公式

获得横滚角γ以及俯仰角θ的数值，其横滚角γ以及俯仰角θ的表达式分别为：

式中，gⁿ表示当地重力矢量gⁿ＝[0 0 g]^T，g为当地水平重力加速度；

S4、将步骤S3中计算得到的横滚角γ以及俯仰角θ数值，带入步骤S2中并经过矩阵变换，得到所述激光水平测速仪坐标系到所述地平坐标系的姿态矩阵

且所述姿态矩阵

为：

S5、获取所述MEMS陀螺仪的数值，建立MEMS陀螺仪输出值矩阵

根据公式

将ω^h分解至3个坐标平面内，并解得水平角速率

的数值，其水平角速率

的表达式为：

S6、对步骤S5中计算得到的水平角速率

数进行积分计算得到水平转角，其积分表达式为：

式中，t表示跟踪观测目标时间；

S7、由长筒激光测距仪测得观测镜筒至目标物的距离L，则能得到所述观测镜筒至目标物的水平距离L_h以及所述观测镜筒与目标物之间的高度差H分别为：

L_h＝L cosθ

H＝L sinθ

从而获得所述目标物的水平运动速度v，其水平运动速度v的表达式为：

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