CN208860357U - 高精度惯性导航设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高精度惯性导航设备，包括惯性测量组件、电源模块、数据处理模块和容纳上述部件的壳体，所述壳体底部设置直插式连接器，在直插式连接器的上下两侧分别设置一个定位销孔。本实用新型结构合理，定位安装操作简单，定位定向精度高，通用性高，可靠性强。

Description

高精度惯性导航设备

技术领域

本实用新型涉及导航设备，具体是涉及一种高精度惯性导航设备。

背景技术

车载惯性导航技术在载车行驶过程中精确确定其所在位置的地理坐标、北向方位及姿态角，能够为目标定位、陆基导弹等武器的机动发射等提供参考基准。为保证和增强车载侦察、武器系统等的快速机动性，现代先进的陆地侦察、作战车辆一般都配备有惯性导航系统。虽然将惯性导航系统(INS)和全球定位系统(GPS)或“北斗卫星导航定位系统”组合很容易满足陆用导航系统动态定位和定向的要求，但全球定位系统(GPS)或“北斗卫星导航定位系统”存在无信号或信号较弱地区，不是可完全依赖的。惯性导航设备可不依赖全球定位系统(GPS)或“北斗卫星导航定位系统”独立工作，完成定位定向。但在载车使用时，需要考虑系统精度，调试、维修、使用等阶段均不可避免重复拆装，传统线式连接器使用不便且不美观，在结构上也不能保证重复安装精度，需要重新标定，给使用、维修等带来不便。同时惯性导航设备在载车上需与多种设备进行通讯，传统硬件平台不具备多接口、易升级等优势。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种高精度惯性导航设备，提高了设备的定位定向精度、通用性、易用性和扩展性。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：高精度惯性导航设备，包括惯性测量组件、电源模块、数据处理模块和容纳上述部件的壳体，其特征在于，所述壳体底部设置直插式连接器，在直插式连接器的上下两侧分别设置一个定位销孔。

本实用新型与现有技术相比，其优点为：1)本实用新型结构合理，定位安装操作简单，可保证重复安装精度，无需重新标定，定位定向精度高；2)本实用新型通用性高，可靠性强；3)本实用新型，在保持较高性能基础上比国内同精度产品成本低，经济性较好。

附图说明

图1为本实用新型的高精度惯性导航设备结构外形图。

图2为本实用新型的高精度惯性导航设备快插式安装结构图。

图3为本实用新型的高精度惯性导航设备可扩展式硬件平台原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本实用新型技术方案。

高精度惯性导航设备，包括惯性测量组件、电源模块、数据处理模块和容纳上述部件的外壳，惯性测量组件与电源模块和数据处理模块均连接。为了使惯性导航设备在载车使用过程中，能够发挥系统的最大精准性，对惯性导航设备和安装基面之间的接口提出严格要求，需减少因安装误差而引起交叉耦合的影响，减少或消除影响惯性导航设备精度的因素。故设计了快插式安装结构。如图2所示，壳体底部设置直插式连接器2，在直插式连接器2的上下两侧分别设置一个定位销孔1，在壳体底部的四个角分别设置一个螺栓孔。惯性导航设备与安装基面之间通过直插式连接器2实现快速拆装，方便可靠；通过销钉定位方式保证惯性导航设备在基面上的水平安装精度和重复拆装精度；同时，用四个M8的螺栓穿过螺栓孔3对惯性导航设备进行紧固，使其结实可靠，符合螺栓强度校核仿真分析。

由于惯性导航设备与基面间的接触面形位公差要求很高，因此惯性导航设备底面与基面结合处的平面度加工精度在IT6以上，表面粗糙度控制在Ra3.2以内，并通过三坐标测量结果验收，保证惯性导航设备安装在基面上的航向精度和重复拆装精度。

所述惯性测量组件包括三个陀螺、三个石英挠性加速度计和安装上述组件的组合框架，其中三个陀螺正交安装，其敏感轴正交于一点，三个石英挠性加速度计正交安装，其敏感轴正交于一点，所述三个加速度计敏感轴与三个陀螺输入轴保持一致。在实际操作中，加速度计敏感轴对高精度惯性导航设备坐标系(定位基准面)的安装误差≤1.5′；陀螺敏感轴对定位基准面的安装误差≤1′。

由于惯性导航设备在载车使用过程中涉及到与多种设备的接口设置及通信协议问题，传统的控制芯片一般难以同时完成多个任务，目前，实际中经常是以两种或多种集成处理器芯片的结合，构成一套完整的控制器，而这些就必然增加设备的体积，由于涉及到各芯片间的通信问题会占用一定的处理时间，一定程度上降低了工作效率，并且容易造成CPU过载，另一方面，多芯片构成的控制器功耗、开发环境及设备体积、电源设置等因素都增加了难度和开支。本实用新型可扩展式硬件平台基于SOPC，即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能，具有灵活的设计方式、可扩充、易升级并具备软硬件在系统可编程的功能。基于可扩展式硬件平台的数据处理模块就近直接安装于陀螺周围，在尽量小型化的同时，满足系统可靠性和维修性要求。

电源模块分别为陀螺、加速度计、数据处理模供电。由于陀螺启动时瞬时电流较大，如果三个陀螺同时启动容易造成电源瞬间输入电流过大而容易烧坏电源。因此在±12V电源上设计了分时启动模式用于控制三个陀螺的供电顺序，使得三个陀螺依次启动，减轻电源负载压力，使得系统能够更加稳定的运行。

工作原理：三个陀螺的信号分别以422串口输出，经过串口转换电路输出到可扩展式硬件平台上，同时，三个加速度计通过定时计数器高频填充后变成三对正负脉冲对加速度计脉冲计数，可扩展式硬件平台定时采样陀螺、加速度计数据，同时通过串口读取外部输入信息，进行组合/自主导航，并将解算结果实时输出北向方位及姿态角。为了提高了导航的精度，实际使用中可以在车上安装里程计，惯性测量组件结合里程计，用于采集里程信号，转换成向高精度惯性导航设备传输的里程计脉冲数字信号。

结构设计的关键技术是要保证惯性测量组件的整体性能，进行防电磁干扰的设计，在满足总体有关重量、体积、振动和冲击条件要求的基础上，有效提高系统结构刚度。结构设计完成后，对台体的刚度进行了有限元仿真，台体部件的动态受力分析表明在受到20g～11ms的冲击时，最大变形没有超过所选材料的塑性变形，最大应力也远远小于材料的屈服强度，台体部件的结构刚度满足要求。结构组件固有模态分析表明，本实用新型结构组件具有很好的动静态刚度，能够满足系统的需要。

Claims (7)

1.高精度惯性导航设备，包括惯性测量组件、电源模块、数据处理模块和容纳上述部件的壳体，其特征在于，所述壳体底部设置直插式连接器(2)，在直插式连接器的上下两侧分别设置一个定位销孔(1)。

2.根据权利要求1所述的高精度惯性导航设备，其特征在于，所述壳体底部的四个角分别设置一个螺栓孔(3)。

3.根据权利要求1所述的高精度惯性导航设备，其特征在于，所述壳体底面与基面结合处的平面度加工精度在IT6以上，表面粗糙度在Ra3.2以内。

4.根据权利要求1所述的高精度惯性导航设备，其特征在于，所述壳体底面与基面结合处的平面度为0.01，表面粗糙度为Ra1.6。

5.根据权利要求1所述的高精度惯性导航设备，其特征在于，所述惯性测量组件包括三个陀螺、三个石英挠性加速度计和安装上述组件的组合框架，其中三个陀螺正交安装，其敏感轴正交于一点，三个石英挠性加速度计正交安装，其敏感轴正交于一点，所述三个加速度计敏感轴与三个陀螺输入轴保持一致。

6.根据权利要求1所述的高精度惯性导航设备，其特征在于，所述数据处理模块基于可扩展式SOPC硬件平台。

7.根据权利要求1所述的高精度惯性导航设备，其特征在于，所述电源模块为±12V电源，采用分时启动模式向三个陀螺供电。