專利名稱：一種捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)的工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于導(dǎo)航技術(shù)測(cè)量領(lǐng)域，涉及一種捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)的工作方法。
背景技術(shù)：
捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)從上世紀(jì)60年代初得到成熟的探索，尤其在1969年，捷聯(lián) 慣導(dǎo)系統(tǒng)作為"阿波羅"-13號(hào)登月飛船的應(yīng)急備份裝置，在其服務(wù)艙發(fā)生爆 炸時(shí)將飛船成功的引導(dǎo)到返回地球的軌道上時(shí)起到了決定性的作用，成為捷 聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)展中的一個(gè)里程碑。從本世紀(jì)七十年代以來(lái)，在慣性傳感器 及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)方面又取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，成功的研制了各種類型的慣 性傳感器(如激光陀螺、光纖陀螺、動(dòng)態(tài)調(diào)諧陀螺等)，并得到了廣泛的應(yīng)用。 在系統(tǒng)技術(shù)方面，捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)也得到了極大的發(fā)展，除了精度要求比較 高的戰(zhàn)略應(yīng)用(戰(zhàn)略導(dǎo)彈、戰(zhàn)略核潛艇)之外，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)幾乎取代了所 有的平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)。據(jù)資料報(bào)道，美國(guó)軍用慣導(dǎo)系統(tǒng)1984年前全部為平臺(tái) 慣導(dǎo)，到1989年一半改為捷聯(lián)慣導(dǎo)，1994年捷聯(lián)式已經(jīng)占有90%。
目前用于旋轉(zhuǎn)彈的捷聯(lián)慣性組合，由于缺少敏感高速橫滾角速率的陀螺 儀，都在采取各種方法避免使捷聯(lián)慣性測(cè)量單元承受彈體的旋轉(zhuǎn)環(huán)境。如 美國(guó)為首的5國(guó)正在聯(lián)合研制的GMLRS227mm遠(yuǎn)程制導(dǎo)火箭彈，為了避免慣性測(cè) 量單元承受旋轉(zhuǎn)環(huán)境，采取了增加一個(gè)滑動(dòng)軸承，隔離發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)，通過(guò) 空氣舵使制導(dǎo)艙保持傾斜穩(wěn)定。這種方式的缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜、增加了無(wú)效重 量，犧牲了一部分舵資源。美國(guó)正在研究能夠測(cè)量范圍達(dá)3600Vs、標(biāo)度因 數(shù)誤差小于5PPM的角速率陀螺儀，但是成本問(wèn)題也難以在短期內(nèi)得到解決。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種捷聯(lián)慣性組合系統(tǒng)的工作方法，其目的在于解決對(duì)轉(zhuǎn)速在10r/s 20r/s的旋轉(zhuǎn)彈下的姿態(tài)測(cè)量，能實(shí)時(shí) 解算旋轉(zhuǎn)彈的姿態(tài)，具有很強(qiáng)的環(huán)境適用性，以有效解決現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)彈的制導(dǎo) 改造需要。
本發(fā)明提供了一種捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)，兩只單軸角速率微機(jī)械陀螺、 一個(gè)雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元、第一解算模塊、第二解算模塊、信號(hào)調(diào)理模 塊、采集模塊、輸出模塊和供電模塊以捷聯(lián)方式直接固連在彈體上；微機(jī)械 陀螺與雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元相互正交；
供電模塊，用于為兩只單軸角速率微機(jī)械陀螺、 一個(gè)雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè) 量單元、第一解算模塊、第二解算模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采集模塊和輸出模 塊供電；
信號(hào)調(diào)理模塊，用于接收單軸角速率微機(jī)械陀螺輸出的角速率信號(hào)并進(jìn) 行濾波和放大；用于接收雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元輸出的正弦信號(hào)并進(jìn)行濾 波和放大；
采集模塊，用于對(duì)信號(hào)調(diào)理模塊調(diào)理后的單軸角速率微機(jī)械陀螺輸出的 角速率信號(hào)和雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元輸出的正弦信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)變換，并將 模/數(shù)變換后的正弦信號(hào)發(fā)送至第一解算模塊，將模/數(shù)變換后的角速率信號(hào) 輸出至第二解算模塊；
第一解算模塊，用于根據(jù)模/數(shù)變換后的正弦信號(hào)解算滾轉(zhuǎn)角y以及滾轉(zhuǎn) 角速率^;
第二解算模塊，用于根據(jù)模/數(shù)變換后的角速率信號(hào)和第一解算模塊發(fā)送 的滾轉(zhuǎn)角速率A解算方位角^和俯仰角^;
輸出模塊，用于輸出滾轉(zhuǎn)角7、方位角^和俯仰角之 第一解算模塊根據(jù)以下公式解算滾轉(zhuǎn)角
當(dāng)Hy>0時(shí)，y=90 — [arctan(Hz/Hy)] X 180/兀； 當(dāng)Hy<0時(shí)，y = 270 — [arctan(Hz/Hy)] X 180/兀； 當(dāng)H廣0且ZO時(shí)，7=180; 當(dāng)H"0且ZX)日寸，y=0;
其中，Hy和Hz分別為地磁敏感雙軸信號(hào)。第二解算模塊根據(jù)以下方法解算方位角W和俯仰角^:
根據(jù)公式
<formula>formula see original document page 7</formula>得到四元數(shù)qo ， qi ， q2 ， q3;
將游動(dòng)方位坐標(biāo)系與彈體坐標(biāo)系的方向余弦矩陣式為等效為四元數(shù)姿態(tài)
T = Cbn = C
矩陣:
<formula>formula see original document page 7</formula>根據(jù)公式^" = ^422)得到方位角^和俯仰角^
其中，"為初始方位，^和^分別為兩只單軸角速率微機(jī)械陀螺測(cè)i
的角速率信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)變換后的角速率信號(hào)。
雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元由雙軸磁阻芯片實(shí)現(xiàn)。 信號(hào)調(diào)理模塊由巴特沃斯濾波器和儀表放大器組成。
捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)還包括相互正交的三只微機(jī)械加速度計(jì)； 信號(hào)調(diào)理模塊，還用于接收微機(jī)械加速度計(jì)輸出的加速度信號(hào)并進(jìn)行濾 波和放大；
采集模塊，還用于對(duì)信號(hào)調(diào)理模塊調(diào)理后的微機(jī)械加速度計(jì)輸出的加速 度信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)變換，并將模/數(shù)變換后的加速度信號(hào)輸出至第二解算模塊;供電模塊，還用于為微機(jī)械加速度計(jì)供電。
捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)具有外殼、第一層框架板、第二層框架板和第三層 框架板；
雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元單獨(dú)灌封成整體安裝在第三層框架板上； 單軸角速率微機(jī)械陀螺和微機(jī)械加速度計(jì)灌封成整體，調(diào)整好交叉耦合
后，安裝在第二框架板上；供電模塊安裝在第二框架板上；
第一解算模塊、第二解算模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采集模塊和輸出模塊安
裝在第一層框架板上；
外殼上設(shè)置有安裝座，通過(guò)安裝孔與彈體固定連接。
外殼、第一層框架板、第二層框架板和第三層框架板均由無(wú)磁鋁構(gòu)成。
雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元與第三層框架板之間墊有阻尼片；
單軸角速率微機(jī)械陀螺和微機(jī)械加速度計(jì)與第二框架板之間墊有阻尼
片；供電模塊與第二框架板之間墊有阻尼片；
第一解算模塊、第二解算模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采集模塊和輸出模塊與
第一層框架板之間墊有阻尼片。
雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元輸出的正弦信號(hào)直接輸入采集單元。
本發(fā)明提供了 一種捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)的工作方法，包括
步驟Sl，信號(hào)調(diào)理模塊接收單軸角速率微機(jī)械陀螺輸出的角速率信號(hào)并
進(jìn)行濾波和放大，以及接收雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元輸出的正弦信號(hào)并進(jìn)行
濾波和放大；
步驟S2，采集模塊對(duì)信號(hào)調(diào)理模塊調(diào)理后的單軸角速率微機(jī)械陀螺輸出 的角速率信號(hào)和雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元輸出的正弦信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)變換，并 將雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元輸出的正弦信號(hào)發(fā)送至第一解算模塊，模/數(shù)變換 將單軸角速率微機(jī)械陀螺輸出的角速率信號(hào)輸出至第二解算模塊；
步驟S3,第一解算模塊根據(jù)模/數(shù)變換后的正弦信號(hào)解算滾轉(zhuǎn)角y以及滾 轉(zhuǎn)角速率％;
步驟S4，第二解算模塊根據(jù)模/數(shù)變換后的角速率信號(hào)和第一解算模塊 發(fā)送的滾轉(zhuǎn)角速率氣解算方位角^和俯仰角
步驟S5，輸出模塊輸出滾轉(zhuǎn)角y、方位角^和俯仰角e; 捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)中的兩只單軸角速率微機(jī)械陀螺、 一個(gè)雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元、第一解算模塊、第二解算模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采集模塊、 輸出模塊和供電模塊以捷聯(lián)方式直接固連在彈體上；微機(jī)械陀螺與雙軸地磁
滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元相互正交；
供電模塊為兩只單軸角速率微機(jī)械餘螺、一個(gè)雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元、 第一解算模塊、第二解算模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采集模塊和輸出模塊供電。
步驟S3中，第一解算模塊根據(jù)以下公式解算滾轉(zhuǎn)角
當(dāng)Hy〉0時(shí)，y = 90 — [arctan(Hz/Hy)] X 180/兀； 當(dāng)Hy<0時(shí)，,=270 - [arctan(Hz/Hy)] X 180/兀； 當(dāng)H"0且Z〈0時(shí)，y=180; 當(dāng)HyK)且Z〉0時(shí)，7=0; 其中，Hy和Hz分別為地磁敏感雙軸信號(hào)。
歩驟S4中，第二解算模塊根據(jù)以下方法解算方位角^和俯仰角^
<formula>formula see original document page 9</formula>艮據(jù)公式<formula>formula see original document page 9</formula>
得到四元數(shù)qo ， q！ ， q2 ， q3;
將游動(dòng)方位坐標(biāo)系與彈體坐標(biāo)系的方向余弦矩陣式為等效為四元數(shù)姿態(tài)
<formula>formula see original document page 9</formula>
矩陣:
<formula>formula see original document page 9</formula>^ = arcsin(r32)枏豐居/、^f ="廠"g(— ) -縣別卡/*存，,，知/齒"n傷々
其中，"為初始方位，"y和A分別為兩只單軸角速率微機(jī)械陀螺測(cè)得的角速率信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)變換后的角速率信號(hào)。
雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元由雙軸磁阻芯片實(shí)現(xiàn)。信號(hào)調(diào)理模塊由巴特沃斯濾波器和儀表放大器組成。
捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)還包括相互正交的三只微機(jī)械加速度計(jì)；步驟Sl中，信號(hào)調(diào)理模塊還接收微機(jī)械加速度計(jì)輸出的加速度信號(hào)并進(jìn)行濾波和放大；
步驟S2中，采集模塊還對(duì)信號(hào)調(diào)理模塊調(diào)理后的微機(jī)械加速度計(jì)輸出的加速度信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)變換，并將模/數(shù)變換后的加速度信號(hào)輸出至第二解算模塊；
供電模塊，還用于為微機(jī)械加速度計(jì)供電。
捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)具有外殼、第一層框架板、第二層框架板和第三層框架板；
雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元單獨(dú)灌封成整體安裝在第三層框架板上；單軸角速率微機(jī)械陀螺和微機(jī)械加速度計(jì)灌封成整體，調(diào)整好交叉耦合
后，安裝在第二框架板上；供電模塊安裝在第二框架板上；
第一解算模塊、第二解算模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采集模塊和輸出模塊安
裝在第一層框架板上；
外殼上設(shè)置有安裝座，通過(guò)安裝孔與彈體固定連接。
外殼、第一層框架板、第二層框架板和第三層框架板均由無(wú)磁鋁構(gòu)成。
雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元與第三層框架板之間墊有阻尼片；
單軸角速率微機(jī)械陀螺和微機(jī)械加速度計(jì)與第二框架板之間墊有阻尼
片；供電模塊與第二框架板之間墊有阻尼片；
第一解算模塊、第二解算模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采集模塊和輸出模塊與
第一層框架板之間墊有阻尼片。
雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元輸出的正弦信號(hào)直接輸入采集單元。采用本發(fā)明的裝置，可以實(shí)現(xiàn)如下有益效果l)體積小，抗高過(guò)載沖擊;2)對(duì)于橫滾角速率的測(cè)量不再使用原有的角速率陀螺，而是直接使用地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元來(lái)解算旋轉(zhuǎn)彈的橫滾角及橫滾角速率，由于可以直接獲取橫滾角位置，從而避免了由積分獲取位置量所帶來(lái)的積分積累誤差。解算裝置通過(guò)所測(cè)的橫滾角及橫滾角速率來(lái)完成對(duì)其它姿態(tài)信號(hào)的解旋測(cè)量。


圖1是磁慣性組合系統(tǒng)各模塊結(jié)構(gòu)圖2是磁慣性組合系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖3是磁慣性組合的產(chǎn)品圖4是利用地磁敏感雙軸信號(hào)來(lái)解算滾轉(zhuǎn)角的坐標(biāo)示意圖5是坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系示意圖6是磁慣性組合系統(tǒng)的工作流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的磁慣性組合系統(tǒng)是按照如下的技術(shù)方案實(shí)施的主要由兩只單軸角速率微機(jī)械陀螺、三只微機(jī)械加速度計(jì)、 一個(gè)雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元、
彈載計(jì)算機(jī)及電源電路以捷聯(lián)方式直接固連在結(jié)構(gòu)本體上。所有元器件，MEMS傳感器都采用固體芯片，分層通過(guò)阻尼片裝在板級(jí)上，利用阻尼膠灌封在殼
體內(nèi)，成為整體。工作流程裝訂旋轉(zhuǎn)彈的射向、所處當(dāng)?shù)卮艃A角、磁偏角，隨著彈體的轉(zhuǎn)動(dòng)，地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元獲取正弦變化的磁信號(hào)，然后根據(jù)這些裝訂參數(shù)，解算出主軸的滾轉(zhuǎn)角和滾轉(zhuǎn)速率。俯仰軸和偏航軸的速率可由安裝在對(duì)應(yīng)軸上的兩只單軸角速率微機(jī)械陀螺測(cè)出，然后通過(guò)解旋計(jì)算所得。類似的三軸加速度可由正交安裝的三只微機(jī)械加速度計(jì)所測(cè)的。下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
圖1給出了本發(fā)明的系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖。它包括雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元
1， MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))陀螺2， MEMS加速度計(jì)3，信號(hào)調(diào)理模塊4，采集模塊5，單片機(jī)解算模塊6， DSP姿態(tài)解算模塊7和輸出模塊8。雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元1由雙軸磁阻傳感器及其配套的信號(hào)處理電路組成。MEMS陀螺2由單軸微機(jī)械陀螺組成。MEMS加速度計(jì)3由三軸正交的微機(jī)械加速度計(jì)組成。信號(hào)調(diào)理模塊4為差分放大電路和四階巴特沃斯低通濾波器構(gòu)成，
濾波器截止頻率100H。采集模塊5由高速ADC板構(gòu)成，它是12通道，釆樣精度16bit，單路采樣速率50KHz的ADC板。單片計(jì)算機(jī)解算模塊6中的單片計(jì)算機(jī)是采用Cygnal公司的C8051F020，最高運(yùn)行頻率可達(dá)到25MM，同時(shí)具有比較大的FLASH和RAM。 DSP姿態(tài)解算模塊7采用TI公司的DSP芯片TMS320F2801及電源芯片TPS70151。輸出模塊8主要由串口芯片Max3488組成。電源模塊9采用DC-DC模塊和78系列穩(wěn)壓芯片為系統(tǒng)提供3.3V， 5V，15V等電壓。其中滾轉(zhuǎn)角、滾轉(zhuǎn)速率解算程序裝載在單片計(jì)算機(jī)解算模塊中，姿態(tài)解算算法裝載在DSP姿態(tài)解算模塊7中。
圖1中的MEMS加速度計(jì)并不是本發(fā)明必須的模塊，MEMS加速度計(jì)測(cè)得的信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理和采集之后輸入DSP姿態(tài)解算模塊并處理后，由輸出模塊輸出，它主要是用來(lái)為后續(xù)的導(dǎo)航提供依據(jù)。
工作時(shí)，由彈上電源通過(guò)供電模塊9供電，利用雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量模塊1對(duì)地磁場(chǎng)進(jìn)行敏感，利用MEMS陀螺2和MEMS加速度計(jì)3對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速率和三軸及加速度進(jìn)行敏感，隨著彈體的轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出正弦的敏感信號(hào)，這些敏感信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊4，經(jīng)過(guò)采集模塊5進(jìn)行AD采樣，分別輸出給單片計(jì)算解算模塊7和DSP解算模塊8進(jìn)行三個(gè)姿態(tài)角的解算，最后通過(guò)輸出模塊8輸出給后續(xù)的控制系統(tǒng)，進(jìn)行慣性制導(dǎo)。
圖1中滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元用于測(cè)出隨彈體滾轉(zhuǎn)變化的雙軸正弦信號(hào)，它是采用雙軸磁阻芯片HMC1022芯片實(shí)現(xiàn)的。
信號(hào)調(diào)理模塊4主要用于信號(hào)濾波和放大，它可以采用二到四階巴特沃斯濾波器進(jìn)行濾波，能很好的濾除100Hz以上的干擾信號(hào)。同時(shí)利用儀表放大器對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行放大，以供給采集模塊5。
采集模塊5是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，把地磁信號(hào)提供給單片機(jī)解算模塊，陀螺信號(hào)和加速度信號(hào)提供給DSP姿態(tài)解算模塊。
單片機(jī)解算模塊利用地磁敏感雙軸信號(hào)來(lái)解算滾轉(zhuǎn)角，具體方法如下
如圖4所示設(shè)地磁敏感雙軸信號(hào)為Hy， Hz，當(dāng)傳感器位于不同滾轉(zhuǎn)角指向時(shí)，Hy,Hz會(huì)隨之發(fā)生變化，通過(guò)如下公式，即可解算出0° 360°的滾轉(zhuǎn)角y。根據(jù)各個(gè)時(shí)刻解算的滾轉(zhuǎn)角y，能實(shí)時(shí)給出滾轉(zhuǎn)角速率。
由于需要解算的滾轉(zhuǎn)角y是在0° 360°內(nèi)，而反正切函數(shù)解算的角度范圍只有-90~90，故需要分段處理，如下式
當(dāng)Hy>0時(shí)
y = 90 — [arctan(z/y)] X 180/兀 ^ (1)
當(dāng)HyO時(shí)
y= 270 — [arctan(z/y)] X 180/兀當(dāng)Hy=0，Z<0時(shí)
y= 180 (3)當(dāng)Hy=0,Z>0時(shí)
7=0 ('
設(shè)滾轉(zhuǎn)角速率為A，可由如下公式得到
氣 =dy/dt
姿態(tài)解算模塊采用游動(dòng)方位坐標(biāo)系的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航數(shù)學(xué)平臺(tái)，采用四元數(shù)法與等效轉(zhuǎn)動(dòng)矢量的方法進(jìn)行姿態(tài)矩陣的解算以從中提取姿態(tài)角信
載體的姿態(tài)可用方位角^、俯仰角e和滾轉(zhuǎn)角y表示。
如圖4，游動(dòng)方位坐標(biāo)系與彈體坐標(biāo)系的方向余弦矩陣式為
—cos ;k sin ^ + sin y sin 6 sin ^ — sin y cos P
cos y cos ^ + sin y sin <9 sin ycos S sin ^、sin y cos ^ — cos y sin 6* sin y
由四元法可知
cos 6 cosy/
fl6
sin^
—sin ;k sin — cos y sin 6* cos ^cos y cos <9
(5)
0，-A
q00，
qlq2，0
q3_化0、，，0
(6)由(6)可得到四元數(shù)q。 ， qi ， q2 ， q3。 Wy就是兩只單軸MEMS陀螺測(cè)得的角速率。
則式(5)的方向余弦矩陣可等效為四元數(shù)姿態(tài)矩陣
為:<formula>formula see original document page 14</formula>對(duì)式(8)實(shí)時(shí)求解q。 ， q！ ， q2 ， q3的值，即可實(shí)時(shí)求出俯仰角和方位角
<formula>formula see original document page 14</formula>
其中"為初始方位，其中滾轉(zhuǎn)角通過(guò)地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元給出。
雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量模塊i輸出的雙軸正弦信號(hào)也可以不經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理
模塊4，而直接輸入到采集模塊5;其余各模塊之間的連接關(guān)系如圖l所示，
同樣也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
圖2給出了本發(fā)明磁慣性組合的內(nèi)部安裝示意圖；本發(fā)明磁慣性組合所
有元器件都采用固體芯片，分裝在3層框架板10 12，每塊板級(jí)和固體芯片
之間都?jí)|有阻尼片。其中磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元1單獨(dú)灌封成整體，安裝在框架
板12上，MEMS陀螺2和MEMS加速度計(jì)3灌封成整體，調(diào)整好交叉耦合后，安裝在框架板11上，框架板11的富余空間上安裝供電模塊9，計(jì)算機(jī)模塊包括單片計(jì)算機(jī)解算模塊6， DSP姿態(tài)解算模塊7，安裝在框架板10上。
14其中采集模塊，信號(hào)調(diào)理模塊和輸出模塊也安裝在框架板10上。殼體13有
安裝座，通過(guò)安裝孔14與彈體固定連接，殼體上有坐標(biāo)線及產(chǎn)品編號(hào)(圖中
未畫出)，整個(gè)殼體7和框架板10 12都是采用無(wú)磁鋁構(gòu)成。圖3給出了本發(fā)明磁慣性組合產(chǎn)品外觀圖。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化處理，各個(gè)模塊功能單一，方便調(diào)試。圖6是本發(fā)明提供的磁慣性組合系統(tǒng)的工作流程示意圖，包括步驟601，信號(hào)調(diào)理模塊接收單軸角速率微機(jī)械陀螺輸出的角速率信號(hào)
并進(jìn)行濾波和放大，以及接收雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元輸出的正弦信號(hào)并進(jìn)
行濾波和放大；
步驟602，采集模塊對(duì)信號(hào)調(diào)理模塊調(diào)理后的單軸角速率微機(jī)械陀螺輸出的角速率信號(hào)和雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元輸出的正弦信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)變換，并將雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元輸出的正弦信號(hào)發(fā)送至第一解算模塊，模/數(shù)變換將單軸角速率微機(jī)械陀螺輸出的角速率信號(hào)輸出至第二解算模塊；
步驟603，第一解算模塊根據(jù)模/數(shù)變換后的正弦信號(hào)解算滾轉(zhuǎn)角y以及滾轉(zhuǎn)角速率w"
步驟604，第二解算模塊根據(jù)模/數(shù)變換后的角速率信號(hào)和第一解算模塊發(fā)送的滾轉(zhuǎn)角速率&解算方位角^和俯仰角6;
步驟605，輸出模塊輸出滾轉(zhuǎn)角"、方位角^和俯仰角之本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離權(quán)利要求書確定的本發(fā)明的精神和范圍的條
件下，還可以對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行各種各樣的修改。因此本發(fā)明的范圍并不僅限
于以上的說(shuō)明，而是由權(quán)利要求書的范圍來(lái)確定的。
權(quán)利要求
1.一種捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，包括步驟S1，信號(hào)調(diào)理模塊接收單軸角速率微機(jī)械陀螺輸出的角速率信號(hào)并進(jìn)行濾波和放大，以及接收雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元輸出的正弦信號(hào)并進(jìn)行濾波和放大；步驟S2，采集模塊對(duì)信號(hào)調(diào)理模塊調(diào)理后的單軸角速率微機(jī)械陀螺輸出的角速率信號(hào)和雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元輸出的正弦信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)變換，并將雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元輸出的正弦信號(hào)發(fā)送至第一解算模塊，模/數(shù)變換將單軸角速率微機(jī)械陀螺輸出的角速率信號(hào)輸出至第二解算模塊；步驟S3，第一解算模塊根據(jù)模/數(shù)變換后的正弦信號(hào)解算滾轉(zhuǎn)角γ以及滾轉(zhuǎn)角速率ωx；步驟S4，第二解算模塊根據(jù)模/數(shù)變換后的角速率信號(hào)和第一解算模塊發(fā)送的滾轉(zhuǎn)角速率ωx解算方位角ψ和俯仰角θ；步驟S5，輸出模塊輸出滾轉(zhuǎn)角γ、方位角ψ和俯仰角θ；捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)中的兩只單軸角速率微機(jī)械陀螺、一個(gè)雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元、第一解算模塊、第二解算模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采集模塊、輸出模塊和供電模塊以捷聯(lián)方式直接固連在彈體上；微機(jī)械陀螺與雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元相互正交；供電模塊為兩只單軸角速率微機(jī)械陀螺、一個(gè)雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元、第一解算模塊、第二解算模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采集模塊和輸出模塊供電。
2. 如權(quán)利要求1所述的捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)的工作方法，其特征在于， 步驟S3中，第一解算模塊根據(jù)以下公式解算滾轉(zhuǎn)角<formula>formula see original document page 2</formula>其中，Hy和Hz分別為地磁敏感雙軸信號(hào)。
3. 如權(quán)利要求2所述的捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，步驟S4中，第二解算模塊根據(jù)以下方法解算方位角^和俯仰角^根據(jù)公式<formula>formula see original document page 3</formula>得到四元數(shù)qQ ， q, ， q2 ， q3;將游動(dòng)方位坐標(biāo)系與彈體坐標(biāo)系的方向余弦矩陣式為等效為四元數(shù)姿態(tài) 化'<formula>formula see original document page 3</formula><formula>formula see original document page 3</formula> 根據(jù)公式<formula>formula see original document page 3</formula>得到方位角^和俯仰角^其中，"為初始方位，Wy和^分別為兩只單軸角速率微機(jī)械陀螺測(cè)得 的角速率信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)變換后的角速率信號(hào)。
4. 如權(quán)利要求1所述的捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元由雙軸磁阻芯片實(shí)現(xiàn)。
5. 如權(quán)利要求1所述的捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，信號(hào)調(diào)理模塊由巴特沃斯濾波器和儀表放大器組成。
6. 如權(quán)利要求1所述的捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)的工作方法，其特征在于， 捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)還包括相互正交的三只微機(jī)械加速度計(jì)；N、V_.盯步驟Sl中，信號(hào)調(diào)理模塊還接收微機(jī)械加速度計(jì)輸出的加速度信號(hào)并進(jìn)行濾波和放大；步驟S2中，采集模塊還對(duì)信號(hào)調(diào)理模塊調(diào)理后的微機(jī)械加速度計(jì)輸出的 加速度信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)變換，并將模/數(shù)變換后的加速度信號(hào)輸出至第二解算 模塊；供電模塊，還用于為微機(jī)械加速度計(jì)供電。
7. 如權(quán)利要求6所述的捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)的工作方法，其特征在于， 捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)具有外殼、第一層框架板、第二層框架板和第三層框架 板；雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元單獨(dú)灌封成整體安裝在第三層框架板上；單軸角速率微機(jī)械陀螺和微機(jī)械加速度計(jì)灌封成整體，調(diào)整好交叉耦合 后，安裝在第二框架板上；供電模塊安裝在第二框架板上；第一解算模塊、第二解算模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采集模塊和輸出模塊安 裝在第一層框架板上；外殼上設(shè)置有安裝座，通過(guò)安裝孔與彈體固定連接。
8. 如權(quán)利要求7所述的捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)的工作方法，其特征在于， 外殼、第一層框架板、第二層框架板和第三層框架板均由無(wú)磁鋁構(gòu)成。
9. 如權(quán)利要求7所述的捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)的工作方法，其特征在于， 雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元與第三層框架板之間墊有阻尼片； 單軸角速率微機(jī)械陀螺和微機(jī)械加速度計(jì)與第二框架板之間墊有阻尼片；供電模塊與第二框架板之間墊有阻尼片；第一解算模塊、第二解算模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、采集模塊和輸出模塊與 第一層框架板之間墊有阻尼片。
10. 如權(quán)利要求7所述的捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)的工作方法，其特征在于， 雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元輸出的正弦信號(hào)直接輸入采集單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)的工作方法。該方法中，信號(hào)調(diào)理模塊對(duì)角速率信號(hào)和正弦信號(hào)進(jìn)行濾波和放大；采集模塊對(duì)信號(hào)調(diào)理模塊調(diào)理后的角速率信號(hào)和正弦信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)變換，并將正弦信號(hào)發(fā)送至第一解算模塊，將角速率信號(hào)輸出至第二解算模塊；第一解算模塊根據(jù)正弦信號(hào)解算滾轉(zhuǎn)角γ以及滾轉(zhuǎn)角速率ω_x；第二解算模塊根據(jù)角速率信號(hào)和滾轉(zhuǎn)角速率ω_x解算方位角ψ和俯仰角θ；輸出模塊，用于輸出滾轉(zhuǎn)角γ、方位角ψ和俯仰角θ。本發(fā)明對(duì)于橫滾角速率的測(cè)量不再使用原有的角速率陀螺，而是直接使用地磁滾轉(zhuǎn)角測(cè)量單元來(lái)解算旋轉(zhuǎn)彈的橫滾角及橫滾角速率，由于可以直接獲取橫滾角位置，從而避免了由積分獲取位置量所帶來(lái)的積分積累誤差。
文檔編號(hào)G01C21/06GK101561281SQ20091008478
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者施國(guó)興, 李興城, 楊樹(shù)興, 中 蘇 申請(qǐng)人:北京星箭長(zhǎng)空測(cè)控技術(shù)股份有限公司;北京理工大學(xué)