專利名稱：一種微小型慣性測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種角速度測(cè)量裝置，具體地說是一種用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)載體的 角速度和線加速度的裝置。
(二)
背景技術(shù)：
慣性測(cè)量單元是運(yùn)動(dòng)載體中測(cè)量加速度和角速度的主要裝置，根據(jù)其測(cè)量值 推算載體的導(dǎo)航定位參數(shù)，是實(shí)現(xiàn)慣性導(dǎo)航的必要設(shè)備。目前應(yīng)用的微小型慣性 測(cè)量單元均由硅微陀螺儀和硅微加速度計(jì)構(gòu)成，陀螺儀用于測(cè)量載體的角速度、 加速度計(jì)用于測(cè)量載體的線運(yùn)動(dòng)、線加速度。通常采用敏感軸相互垂直安裝的三 個(gè)單軸陀螺儀和敏感軸相互垂直安裝的三個(gè)單軸加速度計(jì)，安裝方式如圖l所 示。
這些慣性測(cè)量單元，均要求慣性器件的空間距離達(dá)到最小(理想的情況是檢 測(cè)同一質(zhì)點(diǎn)的線運(yùn)動(dòng)和角運(yùn)動(dòng)參數(shù))。此類微小型慣性測(cè)量單元的缺點(diǎn)是硅微陀 螺儀的精度低，只能通過相應(yīng)的算法形成航姿基準(zhǔn)，不能形成導(dǎo)航系統(tǒng)使用。并 且，由于硅微陀螺儀的物理機(jī)理復(fù)雜，其精度難以在短期內(nèi)得到提高，限制了其 應(yīng)用范圍。
由于微機(jī)械加速度計(jì)的精度卻相對(duì)較高，其固有的物理約束較微機(jī)械陀螺的 少，其精度的提高有較大的潛力，因此，國內(nèi)外學(xué)者在基于線加速度計(jì)的慣性導(dǎo) 航系統(tǒng)方面開展了許多研究工作。目前的研究內(nèi)容主要集中在加速度計(jì)配置方案 的研究以及相應(yīng)角速度的優(yōu)化算法等，還沒有應(yīng)用方面的報(bào)道。1982年，Shmiid J.M erhav在前人的基礎(chǔ)上進(jìn)一步論述了從加速度計(jì)的輸出信號(hào)中分離線加速度 禾口角力口速度的方法(A Nongyroscopic Inertial Measurement Unit. Journal of Guidance. 1982, 5(3): 227-235P)。 1994年J.Chen提出了一種六個(gè)加速度計(jì)的立方 體配置(Gyroscope Free Strapdown Inertial Measurement Unit by Six Linear Accelerometers. Journal of Guidance,Control and Dynamics. 1994,17(2): 286陽290P)， 六加速度計(jì)方案才得以實(shí)現(xiàn)；隨后Sou-ChenLee在Jeng-HengChen的基礎(chǔ)上給出 了利用六個(gè)加速度計(jì)測(cè)量物體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的解法(An Innovative Estimation
4Method with Own-ship Estimator for an All Accelerometer-type Inertial Navigation System.International Journal of Systems Science. 1999， 30(12): 1259-1266P )。2005年，SungsuPark和Chin-Woo Tan等提出了一種新的配置方案，即在立 方體的中心增加三個(gè)冗余加速度計(jì)，用于對(duì)角速度的觀測(cè)和估計(jì)(A scheme for improving the performance of a gyroscope隱freeinertial measurement unit. Sensors and Actuators ,2005:410^20P)。目前的角速度解算方法主要有開方解法和角加速度 的積分方法，前者需要判斷符號(hào)，后者存在誤差累積。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可以克服硅微陀螺精度低、精度難以提高的缺 點(diǎn)，充分利用硅微加速度計(jì)物理機(jī)理簡(jiǎn)單、精度提高容易的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)擴(kuò)大硅微 加速度計(jì)的應(yīng)用范圍的微小型慣性測(cè)量裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的.-
它由加速度傳感器單元、信號(hào)調(diào)理電路部分、A/D轉(zhuǎn)換模塊以及DSP芯片構(gòu) 成的控制及數(shù)據(jù)處理部分組成；加速度傳感器單元包括九個(gè)加速度傳感器、安裝 在一個(gè)殼體內(nèi)，它位于前端；加速度傳感器單元的輸出信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路， 輸入到A/D轉(zhuǎn)換模塊；A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出的信號(hào)進(jìn)入DSP芯片構(gòu)成的控制及數(shù) 據(jù)處理部分，該部分中包含數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、角運(yùn)動(dòng)參數(shù)解算模塊，數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù) 處理，再利用角運(yùn)動(dòng)和線運(yùn)動(dòng)參數(shù)解算，進(jìn)行解算、輸出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
本發(fā)明還可以包括
1、 所述的九個(gè)加速度計(jì)的配置結(jié)構(gòu)為各加速度計(jì)貼裝在背板上，背板貼 裝在正方體的內(nèi)壁，加速度計(jì)的測(cè)量軸均沿坐標(biāo)軸，其中六個(gè)加速度計(jì)安裝在距 坐標(biāo)系原點(diǎn)10厘米處，三只加速度計(jì)安裝于坐標(biāo)系原點(diǎn)處。
2、 所述的A/D轉(zhuǎn)換模塊及DSP構(gòu)成的控制及數(shù)據(jù)處理的硬件系統(tǒng)有兩塊PCB 板組成，分別為AD轉(zhuǎn)換板和DSP主控板，兩塊板以相疊的方式級(jí)聯(lián)。
3、 所述的角運(yùn)動(dòng)和線運(yùn)動(dòng)參數(shù)解算模型為
^ ( z (,) + wv 0) z 0) 0) "7 0) =-:!:-^-^-
a>x ") (0 h0 -1) + A產(chǎn)a ox (0
<yr(f) =-i:-^-^——^-
Cz (0 H l) z 0 -1) + A^ (r)c>z ( ) v (0 =-^-^-;——^-
y 6^ 0)<yz (0 — wx (/ _ (/ 一 1) + Ar& 0)
I = 4
& = 4
凡，=A
4_4
2/
-4
2/
4+ 4 _4—4
2/
ft\(,)tyz(0 =
:的物理意義
4 +
2/
-4
2/
2/%(0， 載體相對(duì)慣性空間的角速度在在體系上的分量；
各變
,，
40)， <0)， A(O， ％W， A(O的解算值；
A(O， AO): w力)，^0)，化O)相對(duì)時(shí)間的變化率； it，疋"瓦-:坐標(biāo)系原點(diǎn)處的比力在載體坐標(biāo)系上的分量；
t， l， I:<，l的計(jì)算值；
4 (hl,2,…,9):加速度計(jì)的測(cè)量值。 以上公式推導(dǎo)如下
定義慣性坐標(biāo)系I和載體坐標(biāo)系b，及載體坐標(biāo)系內(nèi)的一點(diǎn)戶，如附圖3所
示。在尸點(diǎn)處安裝一個(gè)加速度計(jì)i，則其輸出為(無陀螺捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)的安裝誤
差辨識(shí)方法.測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào).2008(5),Vol.22:412-418 )
4 二[iio+ilri+QQri]xei =《&0+(1^)7"11、 (1)
式中&。=[《 l丫； co = [^ Az]7'; il為co的斜對(duì)稱矩陣；(ri，0j)
6是相對(duì)于載體坐標(biāo)系而言的。對(duì)于附圖4中配置的九個(gè)加速度計(jì)，相應(yīng)的安裝位 置和敏感方向?yàn)?br>
<formula>formula see original document page 7</formula>
將式(2)和式(3)代入式(1)，有
<formula>formula see original document page 7</formula>
由式(4)可推導(dǎo)出線加速度、角加速度和角速度乘積項(xiàng)的表達(dá)式
<formula>formula see original document page 7</formula>對(duì)(5-g)式進(jìn)行如下等效: x( -l>y,-1) = K(,)—A化(,)]K(,)-Affi^)] (6) 其中A化(O、 A^(0分別為^-l時(shí)刻到"寸刻化、^的變化量。另外由微分定義 可得
△W) = AW), (0 =総),0) (7)
其中A/為采樣周期。 將式(7)代入(6)式可得
x 0 -1)% (, -1) = [a (0 _ 一 (f)](,) _ A, ^ (,)]
=0) - (>)△ ^ 0) - ^ (0 +OX (,)
=aw — (0- %(,(0 △,&(,) +(,)&w
對(duì)上式整理得
(8)
ao):
wx 0) - a 0 _" -1) + A,2^ (o
同理可得
(,) v 0) A* 0) + A 0)"z 0) A,《(0
(9—a)
AO)
< y o)ft>z o) _ w _ (卜l) + &2 ^ ox o)
(9-b) (9-c)
(0 _ a (卜0"z (卜D + "x (0
本發(fā)明是用線加速度計(jì)的測(cè)量信息解算出角運(yùn)動(dòng)信息，克服了硅微陀螺精度 低、精度難以提高的缺點(diǎn)，充分利用硅微加速度計(jì)物理機(jī)理簡(jiǎn)單、精度提高容易 的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)擴(kuò)大硅微加速度計(jì)的應(yīng)用范圍。
本發(fā)明的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在(1)只用硅微線加速度計(jì)構(gòu)成微小型加速度測(cè)量 組件的配置方案及其實(shí)現(xiàn)；(2)根據(jù)加速度計(jì)的輸出解算角速度的方法及其實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明采用多個(gè)安裝位置和敏感方向線加速度計(jì)構(gòu)成慣性測(cè)量單元，根據(jù)諸 加速度計(jì)的輸出解算出角速度和角加速度。本發(fā)明中的角速度解算的代數(shù)算法， 避免了開方法可能產(chǎn)生的符號(hào)誤判和積分法導(dǎo)致的誤差累積。本慣性測(cè)量單元中 要求部分加速度計(jì)的空間距離達(dá)到最大。諸加速度計(jì)輸出的模擬信息，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，再利用所建立的角運(yùn)動(dòng)和線運(yùn)動(dòng)參數(shù)的解算方法，解算、輸出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
本發(fā)明擴(kuò)展了硅微加速度計(jì)的應(yīng)用范圍；克服了硅微陀螺精度低的缺點(diǎn)；用加速度的測(cè)量信息解算角速度。
(四)
圖1是陀螺儀和加速度計(jì)構(gòu)成的慣性測(cè)量單元的原理圖。三個(gè)陀螺儀和三個(gè)加速度計(jì)的敏感方向分別沿載體坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸向安裝，陀螺儀用于測(cè)量載體相對(duì)慣性空間的角速度，加速度計(jì)用于測(cè)量沿載體坐標(biāo)軸系軸向的比力。
圖2是本發(fā)明的工作原理圖。加速度計(jì)測(cè)量組件的輸出信息，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換
后，在DSP中進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，再通過運(yùn)動(dòng)參數(shù)算法的解算輸出角速度、角加
速度和線加速度信息。
圖3是質(zhì)點(diǎn)在慣性坐標(biāo)系和載體坐標(biāo)系中的位置示意圖。質(zhì)點(diǎn)P在載體系b
中的位置矢量為^，在慣性系i中的位置矢量為^，載體系原點(diǎn)Q在慣性系中的位置矢量為& ，載體系相對(duì)慣性空間的角速度為w 。
圖4a和圖4b是加速度計(jì)安裝示意圖。九個(gè)加速度計(jì)分別貼裝在相應(yīng)的正方體表面，敏感方向垂直于安裝平面。
圖5是本發(fā)明的硬件框圖。
圖6是模擬信號(hào)調(diào)理電路結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是電源板接口位置示意圖。
圖8是DSP主控模塊布局圖。
圖9是TMS320C6713與AD73360接口電路圖。
(五)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
(1) 加速度計(jì)的配置安裝方案
結(jié)合圖4，采用一種九加速度計(jì)的配置，將加速度計(jì)貼裝在背板上，背板作為正方體表面嵌在正方體框架上。加速度計(jì)的測(cè)量軸均沿坐標(biāo)軸，其中六個(gè)加速度計(jì)安裝在距坐標(biāo)系原點(diǎn)IO厘米處，三只加速度計(jì)安裝于坐標(biāo)系原點(diǎn)處。
(2) 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)硬件方案數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采用DSP進(jìn)行控制、數(shù)據(jù)通訊、各種數(shù)據(jù)處理及導(dǎo)航方程的解算。
本系統(tǒng)采用堆棧式、模塊化結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，總線以"針"和"孔"的形式層疊連接。這種層疊封裝有很好的抗震性，便于調(diào)試，應(yīng)用起來方便靈活。
系統(tǒng)主要包括以下幾部分加速度傳感器部分、信號(hào)調(diào)理部分、A/D轉(zhuǎn)換部分以及DSP芯片構(gòu)成的控制及數(shù)據(jù)處理部分。其硬件設(shè)計(jì)框圖如圖5所示系統(tǒng)主要包括以下幾部分加速度傳感器部分、信號(hào)調(diào)理部分、A/D轉(zhuǎn)換部分以及DSP芯片構(gòu)成的信號(hào)采集及數(shù)據(jù)處理部分。系統(tǒng)的核心部分是DSP芯片TMS320C6713。C6713在系統(tǒng)中獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集和處理的工作，包括后期的算法實(shí)現(xiàn)，并實(shí)時(shí)輸出解算參數(shù)。圖中的PC機(jī)用于對(duì)DSP輸出數(shù)據(jù)的顯示和分析。系統(tǒng)中采用CPLD來輔助DSP完成系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。在此DSP系統(tǒng)中主要應(yīng)用了 I/O擴(kuò)展、上電順序和系統(tǒng)配置和初始化這幾項(xiàng)主要功能。FLASH芯片用于存儲(chǔ)系統(tǒng)初始化的程序，及系統(tǒng)工作時(shí)獲得的數(shù)據(jù)。通過MAX3111E實(shí)現(xiàn)異步串口通信，用于調(diào)試過程中，PC機(jī)對(duì)DSP芯片進(jìn)行各種操作；通過TL16C554A實(shí)現(xiàn)四個(gè)異步串口擴(kuò)展，用于和羅經(jīng)及GPS等的通信。
系統(tǒng)的核心部分是DSP芯片TMS320C6713 (以下簡(jiǎn)稱C6713)， C6713在系統(tǒng)中獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集和處理的工作，包括后期的算法實(shí)現(xiàn)，并實(shí)時(shí)輸出角速度和比力數(shù)據(jù)。圖中的PC機(jī)用于對(duì)DSP輸出數(shù)據(jù)的顯示和分析。
在系統(tǒng)的前端，九個(gè)加速度傳感器安裝在一個(gè)殼體內(nèi)，它們的輸出信號(hào)經(jīng)過調(diào)理電路，輸入到AD模塊。AD模塊主要由兩片AD73360組成。兩片AD73360級(jí)聯(lián)，最多可對(duì)十二路差分信號(hào)進(jìn)行同步采樣。
系統(tǒng)與外界聯(lián)系主要通過串口實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)中采用兩種方式擴(kuò)展串口串口擴(kuò)展方式一，通過MAX3111E實(shí)現(xiàn)異步串口；串口擴(kuò)展方式二，通過TL16C554A實(shí)現(xiàn)四異步串口擴(kuò)展。
加速度信號(hào)調(diào)理電路
按照?qǐng)D4的配置方法安裝好加速度傳感器之后，當(dāng)殼體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生加速度時(shí)，九個(gè)加速度傳感器就會(huì)產(chǎn)生輸出信號(hào)。傳感器輸出有兩種形式單端輸出和差分輸出。差分輸出電壓范圍為士4V，單端輸出電壓范圍為0.5V至4.5V。而AD輸入端電壓范圍為1.7V至3.3V，需對(duì)加速度傳感器輸出電壓進(jìn)行偏置。借助于
10AD輸出的2.5V基準(zhǔn)電壓(REFOUT)，對(duì)加速度傳感器輸出電壓進(jìn)行偏置。為了盡可能提高A/D轉(zhuǎn)換精度，系統(tǒng)使用AD73360片內(nèi)參考電壓REFOUT作直流偏置。在送到精密電阻分壓之前，應(yīng)采用運(yùn)算放大器進(jìn)行隔離，以確保ADC的REFOUT端子沒有輸入、輸出電流，從而保證ADC片內(nèi)精密電壓源電壓恒定和較高的A/D轉(zhuǎn)換精度。具體電路如圖6所示。加速度計(jì)輸出有兩種形式單端輸出和差分輸出。差分輸出電壓范圍為士4V,單端輸出電壓范圍為0.5V至4.5V。而AD輸入端電壓范圍為1.7V至3.3V，需對(duì)加速度傳感器輸出電壓進(jìn)行偏置。借助于AD輸出的2.5V基準(zhǔn)電壓(REFOUT)，對(duì)加速度傳感器輸出電壓進(jìn)行偏置。為了盡可能提高A/D轉(zhuǎn)換精度，系統(tǒng)使用AD73360片內(nèi)參考電壓REFOUT作直流偏置。在送到精密電阻分壓之前，應(yīng)采用運(yùn)算放大器進(jìn)行隔離，以確保ADC的REFOUT端子沒有輸入、輸出電流，從而保證ADC片內(nèi)精密電壓源電壓恒定和較高的A/D轉(zhuǎn)換精度。電源模塊
系統(tǒng)電源模塊給九加速度計(jì)、DSP主控模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊等提供電源。系統(tǒng)電源板輸入電壓為12V,由LM2596S， TPS73133， AD780AR進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，可輸出9V、 5V、 3.3V (數(shù)字)、3.3V (模擬)、2.5V電壓。具體為3片LM2596S分別提供3.3V(數(shù)字)、5V、 9V電源作為輸出；4片TPS73133提供3.3V(模擬)電源作為輸出。1片AD780AR提供2.5V電源作為輸出和加速度計(jì)的參考電壓。電源板接口位置如圖7所示。如中圖右上部分為電源板輸入接口，輸入12V電壓。3號(hào)孔為檢測(cè)用地線接口，除檢測(cè)外，用絕緣膠布包起以免短路。底面4個(gè)電源輸出，由左側(cè)開始分別為9V、 5V、 3.3V (模擬)、2.5V。 Pl為加速度計(jì)的加速度輸出接口，其中單數(shù)腳為AOP輸出，雙數(shù)腳為AON輸出。P2為加速度計(jì)的溫度輸出接口。.
DSP主控模塊
DSP主控模塊是系統(tǒng)的核心部分，用以完成數(shù)據(jù)采集與處理、導(dǎo)航算法的實(shí)現(xiàn)和通過串口實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的通信。DSP主控模塊的核心芯片(DSP)選用的是迄今為止TI公司推出的最快的浮點(diǎn)處理器TMS320C6713。 DSP主控模塊的布局如圖8所示。DSP主控模塊是系統(tǒng)的核心部分，用以完成數(shù)據(jù)采集與處理、導(dǎo)航算法的實(shí)現(xiàn)和通過串口實(shí)現(xiàn)與外圍設(shè)備的通信。DSP主控模塊的核心芯片(DSP)選用的是浮點(diǎn)處理器TMS320C6713。AD73360與DSP接口及級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)
由于AD73360采用16位同步串行口 (SPI)的方式與CPU接口，通過DSP的多通道緩沖口 (McBSP工作在SPI從模式)可方便的實(shí)現(xiàn)與其連接。具體電路如圖9所示。由于AD73360采用16位同步串行口 (SPI)的方式與CPU接口，通過DSP的多通道緩沖口 (McBSP工作在SPI從模式)可方便的實(shí)現(xiàn)與其連接。AD73360的復(fù)位信號(hào)/RESET、片選信號(hào)SE，是通過在CPLD中設(shè)置寄存器，DSP對(duì)該寄存器進(jìn)行寫的方式，控制AD73360。采用兩片AD73360級(jí)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)十二路模擬差分信號(hào)進(jìn)行采樣，其中一片AD73360的SDOFS和SDO引腳要分別連接到另一片的SDIFS和SDI引腳，以組成級(jí)聯(lián)方式。AD73360的復(fù)位信號(hào)/RESET、片選信號(hào)SE，是通過在CPLD中設(shè)置寄存器，DSP對(duì)該寄存器進(jìn)行寫的方式，控制AD73360。采用兩片AD73360級(jí)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)十二路模擬差分信號(hào)進(jìn)行采樣。(3)角速度解算方法
(/) z 0) +( z 0) A< (,)
^ (0^ (0 H i)a (卜l) + Ov (0
A(0 =
A(0 =
^ 0)wz (0 _ ， _ i) z (卜l) + A (/風(fēng)o)A (,M (o -化(,—0 -1)+A/2 A (/風(fēng)(o
14
4 + 4 — 4 一 4
"、'
2/
2/
4 + 4 _ 4一4
7 =z 2/
,、，、4+4—4—4
2/
12(4)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件方案
應(yīng)用C語言和DSP匯編語言對(duì)系統(tǒng)模型及其解算方程進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)與調(diào)試；應(yīng)用軟件的功能在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模型和及其解算方程之前應(yīng)該進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理、之后應(yīng)進(jìn)行誤差的估計(jì)與補(bǔ)償。
TMS320C6713初始化程序TMS320C6713初始化程序主要包括外部存儲(chǔ)器接口 (EMIF)程序、多通道緩沖口 (McBSP)程序、定時(shí)中斷程序等，配合串口芯片、AD采樣芯片完成數(shù)據(jù)采集、傳輸。
數(shù)據(jù)預(yù)處理程序模塊對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行奇點(diǎn)剔除和數(shù)據(jù)平滑。
角速度解算模塊根據(jù)角速度的解算方法和數(shù)據(jù)預(yù)處理后的加速度計(jì)的輸出信息解算出角速度信息。
1權(quán)利要求
1、一種微小型慣性測(cè)量裝置，它由加速度傳感器單元、信號(hào)調(diào)理電路部分、A/D轉(zhuǎn)換模塊以及DSP構(gòu)成的控制及數(shù)據(jù)處理部分組成；其特征是加速度傳感器單元包括九個(gè)加速度傳感器、安裝在一個(gè)殼體內(nèi)，它位于前端；加速度傳感器單元的輸出信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路，輸入到A/D轉(zhuǎn)換模塊；A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出的信號(hào)進(jìn)入DSP芯片構(gòu)成的控制及數(shù)據(jù)處理部分，該部分中包含數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、角運(yùn)動(dòng)參數(shù)解算模塊，數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，再利用角運(yùn)動(dòng)和線運(yùn)動(dòng)參數(shù)解算方法，進(jìn)行解算、輸出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微小型慣性測(cè)量裝置，其特征是所述的九個(gè)加速度計(jì)的配置結(jié)構(gòu)為各加速度計(jì)貼裝在背板上，背板作為正方體表面嵌在正方體框架上，加速度計(jì)的測(cè)量軸均沿坐標(biāo)軸，其中六個(gè)加速度計(jì)安裝在距坐標(biāo)系原點(diǎn)io厘米處，三只加速度計(jì)安裝于坐標(biāo)系原點(diǎn)處。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微小型慣性測(cè)量裝置，其特征是所述的a/d轉(zhuǎn)換模塊及dsp構(gòu)成的控制及數(shù)據(jù)處理的硬件系統(tǒng)有兩塊pcb板組成，分別為ad轉(zhuǎn)換板和dsp主控板，兩塊板以相疊的方式級(jí)聯(lián)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微小型慣性測(cè)量裝置，其特征是所述的角運(yùn)動(dòng)和線運(yùn)動(dòng)參數(shù)解算模型為<formula>formula see original document page 2</formula>各變量的物理意義化(O， ^W， 載體相對(duì)慣性空間的角速度在在體系上的分量；A(O， ^W， a(O， ％(0， W力)的解算值；AW， ^W， a(O， ^XO， w,)相對(duì)時(shí)間的變化率；AOT， iJ。z:坐標(biāo)系原點(diǎn)處的比力在載體坐標(biāo)系上的分量；l， l， t: ^t， &， l的計(jì)算值；4 (hl,2,…，9):加速度計(jì)的測(cè)量值。
5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的微小型慣性測(cè)量裝置，其特征是所述的角運(yùn)動(dòng)和線運(yùn)動(dòng)參數(shù)解算模型為<formula>formula see original document page 2</formula>
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種微小型慣性測(cè)量裝置。它由加速度傳感器單元、信號(hào)調(diào)理電路部分、A/D轉(zhuǎn)換模塊以及DSP芯片構(gòu)成的控制及數(shù)據(jù)處理部分組成；加速度傳感器單元包括九個(gè)加速度傳感器、安裝在一個(gè)殼體內(nèi)，它位于前端；加速度傳感器單元的輸出信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路，輸入到A/D轉(zhuǎn)換模塊；A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出的信號(hào)進(jìn)入DSP芯片構(gòu)成的控制及數(shù)據(jù)處理部分，該部分中包含數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、角運(yùn)動(dòng)參數(shù)解算模塊，數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，再利用角運(yùn)動(dòng)和線運(yùn)動(dòng)參數(shù)解算方法，進(jìn)行解算、輸出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。本發(fā)明擴(kuò)展了硅微加速度計(jì)的應(yīng)用范圍；克服了硅微陀螺精度低的缺點(diǎn)；用加速度的測(cè)量信息解算角速度。
文檔編號(hào)G01C21/10GK101487709SQ20091007144
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者何昆鵬, 震 史, 吳俊偉, 周雪梅, 林志強(qiáng), 王小旭 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)