CN213932551U - 一种基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于捷联惯性导航技术领域，具体涉及一种微惯性姿态测量装置及方法。一种基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置，包括微测量单元和处理器控制单元，所述的微测量单元与所述的处理器控制单元连接，所述微测量单元至少包括三个三轴加速度计；所述三个三轴加速度计分别呈20～70°空间夹角布置，并且相互之间的夹角角度相等。本实用新型设计的微惯性姿态测量装置，结构原理是将三个三轴加速度计分别按照倾斜20～70°的空间夹角布置，这样针对空间内的随机运动，在三维空间里保证至少会有一个面上的三轴加速度计不会因为运动轴上的加速度相对于其他轴权重过小，而导致难以辨识载体运动中的小幅渐变加速度，进而引起姿态计算误差过大的现象，这样同时也能够及时的捕捉到重力加速度所测定的水平面。
Description
技术领域
本实用新型属于捷联惯性导航技术领域，具体涉及一种微惯性姿态测量装置。
背景技术
在基于微惯性测量单元(MIMU)的航姿参考系统(AHRS)研究中，目前针对运动加速度的干扰以及分离方法，通常是利用加速度计测量值与重力加速度的比较这一基本过程来计算加速度计测量中的运动干扰，从而放大或缩小滤波器中的噪声协方差矩阵，以此达到抑制运动干扰的目的。由于重力加速度在三轴加速度计中的分布通常是不均匀的，权重过小的运动轴上的运动加速度无法在比较中被敏感的表现出来，同时低成本的微惯性陀螺仪不同于高端的光纤或是激光陀螺仪，误差累积的过程非常迅速，使得航姿参考系统短时间内完整准确的辨识和分离小幅渐变加速运动变得十分困难。
实用新型内容
本实用新型的目的是解决微惯性测量单元在姿态解算的过程中面对小幅渐变加速度干扰难以准确的辨识和分离，从而影响载体运动姿态测量精度的问题，提供一种基于多面体阵列结构的微惯性姿态测量装置，可以平衡重力加速度在各个加速度计上的投影，准确捕捉小幅渐变加速度的运动过程，同时在融合滤波方法上采用分立式多阶卡尔曼滤波结构，避免线性化观测方程，准确估计运动误差模型，保证系统稳定可靠运行。
为了实现上述目的，本实用新型采用的其中一种技术方案是：一种多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置，包括微测量单元和处理器控制单元，所述的微测量单元与所述的处理器控制单元连接，所述微测量单元至少包括三个三轴加速度计；所述三个三轴加速度计分别呈20～70°空间夹角布置，并且相互之间的夹角角度相等。
作为本实用新型的一种优选方式，其中一个三轴加速度计位于水平面上，其他两个三轴加速度计位于与所述水平面相交的斜面上。
作为本实用新型的一种优选方式，所述的微测量单元还包括三轴陀螺仪。
进一步优选地，所述的微测量单元还包括三轴磁强计。
进一步优选地，所述的微测量单元还包括电路板。
进一步优选地，所述的装置还包括处理器控制单元，所述的微测量单元与所述的处理器控制单元连接。
作为本实用新型的一种优选方式，所述的装置还包括多面体台体结构，所述多面体台体结构至少有两个相邻侧面的夹角、以及该两个侧面与其中一个底面的夹角为20～70°，且相互之间的夹角角度相等。
进一步优选地，三个三轴加速度计分别安装在所述多面体台体结构的相邻两个侧面及其中一个底面上。
进一步优选地，所述的三轴加速度计、三轴陀螺仪、和/或三轴磁强计为MEMS芯片。
本实用新型与现有技术相比，优势在于：
本实用新型设计的微惯性姿态测量装置采用基于多面体阵列结构的空间模型，模型的结构原理是将三个三轴加速度计分别按照倾斜20～70°的空间夹角布置，这样针对空间内的随机运动，在三维空间里保证至少会有一个面上的三轴加速度计不会因为运动轴上的加速度相对于其他轴权重过小，而导致难以辨识载体运动中的小幅渐变加速度，进而引起姿态计算误差过大的现象，这样同时也能够及时的捕捉到重力加速度所测定的水平面，帮助陀螺姿态进行误差补偿，避免长时间积分而造成误差累积。
附图说明
图1为本实用新型实施例中基于多面体阵列结构的空间模型示意图；
图2为本实用新型实施例中基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置的结构爆炸图；
图3是本实用新型实施例中基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置的工作原理示意图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型公开内容的理解更加透彻全面。
实施例1本实用新型基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置的其中一种实施例，参见图1和图2，主要由正四棱锥六面体1、微惯性测量单元和处理器控制单元13组成。其中微惯性测量单元主要由三轴陀螺仪3、三轴磁强计4、第一三轴加速度计8、第二三轴加速度计10、第三三轴加速度计14、以及四块电路板构成。
正四棱锥六面体1为对称结构，其中相邻侧面之间的夹角、侧面与顶面和底面的夹角均为60度。第一斜面电路板7和第二斜面电路板11分别通过4个无磁螺丝5和螺柱6固定在正四棱锥六面体1的相邻的两个侧面上。顶面电路板2、底面电路板12分别通过4个无磁螺丝5和螺柱6固定在正四棱锥六面体1的顶面、底面上。
第一三轴加速度计8、第二三轴加速度计10、第三三轴加速度计14分别安装在第一斜面电路板7、第二斜面电路板11和底面电路板12上。在底面电路板是12上还安装有处理器控制单元13。三轴陀螺仪3和三轴磁强计4安装在顶面电路板2上。
参见图3，三轴陀螺仪3、三轴磁强计4、第一三轴加速度计8、第二三轴加速度计10、第三三轴加速度计14、以及四块电路均与处理器控制单元13连接。
处理器控制单元13是整个系统的控制中心，由单片机、通信接口构成，单片机可选ARM、DSP等微处理器。通信接口为串口，I2C或者SPI。本实施例中，三轴陀螺仪、三个三轴加速度计、及三轴磁强计均为中低成本MEMS芯片。
本实施例的基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置，工作原理是：微惯性测量单元采集的原始数据通过电路板传给处理器控制单元，经处理器中的算法模块处理后，通过UART或RS232/485按照通信协议对外输出结果。由于三个三周加速度计分别呈60°空间夹角布置，因此，对于三维空间里的随机运动，总能保证至少会有一个面上的三轴加速度计不会因为运动轴上的加速度相对于其他轴权重过小，而导致难以辨识载体运动中的小幅渐变加速度，进而引起姿态计算误差过大的现象，这样同时也能够及时的捕捉到重力加速度所测定的水平面，帮助陀螺姿态进行误差补偿，避免长时间积分而造成误差累积。
Claims (8)
1.一种基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置，包括微测量单元和处理器控制单元，所述的微测量单元与所述的处理器控制单元连接，其特征在于：所述微测量单元至少包括三个三轴加速度计；所述三个三轴加速度计分别呈20～70°空间夹角布置，并且相互之间的夹角角度相等。
2.根据权利要求1所述的基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置，其特征在于：其中一个三轴加速度计位于水平面上，其他两个三轴加速度计位于与所述水平面相交的斜面上。
3.根据权利要求1所述的基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置，其特征在于：所述的微测量单元还包括三轴陀螺仪。
4.根据权利要求1所述的基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置，其特征在于：所述的微测量单元还包括三轴磁强计。
5.根据权利要求1所述的基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置，其特征在于：所述的微测量单元还包括电路板。
6.根据权利要求1所述的基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置，其特征在于：所述的装置还包括多面体台体结构，所述多面体台体结构至少有两个相邻侧面的夹角、以及该两个侧面与其中一个底面的夹角为20～70°，且相互之间的夹角角度相等。
7.根据权利要求6所述的基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置，其特征在于：三个三轴加速度计分别安装在所述多面体台体结构的相邻两个侧面及其中一个底面上。
8.根据权利要求1-7任一项所述的基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置，其特征在于，所述的三轴加速度计、三轴陀螺仪、和/或三轴磁强计为MEMS芯片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202022962398.0U CN213932551U (zh) | 2020-12-10 | 2020-12-10 | 一种基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202022962398.0U CN213932551U (zh) | 2020-12-10 | 2020-12-10 | 一种基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置 |
Publications (1)
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| CN213932551U true CN213932551U (zh) | 2021-08-10 |
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ID=77151140
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| CN202022962398.0U Active CN213932551U (zh) | 2020-12-10 | 2020-12-10 | 一种基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN213932551U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112729280A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-04-30 | 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 | 一种基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置及方法 |
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2020
- 2020-12-10 CN CN202022962398.0U patent/CN213932551U/zh active Active
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| CN112729280A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-04-30 | 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 | 一种基于多面体式阵列结构的微惯性姿态测量装置及方法 |
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