一種基于mems加速度計(jì)的載體姿態(tài)橫滾角獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種載體姿態(tài)參數(shù)獲取方法，尤其涉及一種基于MEMS加速度計(jì)的載 體姿態(tài)橫滾角獲取方法，屬于姿態(tài)測(cè)量控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)采用捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)（SINS)，相比平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)而言，其 具有體積相對(duì)更小，成本相對(duì)更低，易于安裝和維護(hù)并且可靠性更高的有點(diǎn)，因此，捷聯(lián)慣 導(dǎo)系統(tǒng)在飛行器導(dǎo)航和姿態(tài)測(cè)量中得到了廣泛的研宄和應(yīng)用。
[0003] 然而，傳統(tǒng)的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)包括捷聯(lián)式慣導(dǎo)普遍具有體積大，重量大，復(fù)雜程度高 等特點(diǎn)，使得傳統(tǒng)的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)無法應(yīng)用于日常應(yīng)用。同時(shí)，傳統(tǒng)的捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)一般需 要一個(gè)尋北系統(tǒng)的輔助來獲得載體的方位角，但是傳統(tǒng)的尋北系統(tǒng)多為基于陀螺的系統(tǒng)， 其體積和復(fù)雜度也是日常應(yīng)用所無法接受的?？梢?，對(duì)于對(duì)體積具有嚴(yán)格限制的嵌入式系 統(tǒng)而言，需要研制一種小型的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)來滿足其姿態(tài)測(cè)量的要求。MEMS技術(shù)和MR技術(shù) 的快速發(fā)展，為研制這種低成本，小體積，高集成度的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)提供了可能，從而可以 使得對(duì)體積和成本敏感的系統(tǒng)具有姿態(tài)測(cè)量的能力。
[0004] 例如申請(qǐng)?zhí)枮?201210557018. 2"的一種姿態(tài)測(cè)量方法和姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，在保證姿 態(tài)測(cè)量的穩(wěn)定性的同時(shí)減少誤差。所述方法包括：采用雙天線全球定位系統(tǒng)GPS測(cè)量筒狀 部件的第一姿態(tài)信息；采用微機(jī)電系統(tǒng)MEMS測(cè)量筒狀部件的第二姿態(tài)信息；將所述第一姿 態(tài)信息和所述第二姿態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合得到筒狀部件的全姿態(tài)信息并輸出。該發(fā)明采用 雙天線GPS與MEMS組合的方式進(jìn)行姿態(tài)測(cè)量，利用雙天線GPS的方式，啟動(dòng)時(shí)間快，姿態(tài)測(cè) 量的設(shè)備成本低，誤差較小，再結(jié)合MEMS完成設(shè)備的短時(shí)間姿態(tài)保持能力，在保證測(cè)量精 度的同時(shí)提高了姿態(tài)測(cè)量設(shè)備對(duì)外界復(fù)雜電磁環(huán)境的抗干擾能力，增強(qiáng)了姿態(tài)測(cè)量的穩(wěn)定 性。
[0005] 又如申請(qǐng)?zhí)枮?201310657215. 6"的一種基于單軸加速度傳感器和三軸磁場(chǎng)傳感 器的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)及其姿態(tài)測(cè)量方法，該系統(tǒng)包括：加速度傳感器、三軸磁場(chǎng)傳感器、GNSS 模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；所述的加速度傳感器為與前進(jìn)軸正交布置的Z軸向單軸加速度傳感 器，用于測(cè)量重力加速度分量，得到地面載體的橫滾角和俯仰角的三角關(guān)系；所述的數(shù)據(jù)處 理模塊，用于根據(jù)位置信息查表獲取地磁場(chǎng)模、地磁傾角信息和地磁偏角信息，結(jié)合地面載 體的橫滾角和俯仰角的三角關(guān)系以及載體坐標(biāo)系下地磁場(chǎng)的三個(gè)分量陣列最終解算出航 向角、俯仰角和橫滾角。該發(fā)明的姿態(tài)測(cè)量新方法能夠在載體靜止或低速移動(dòng)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn) 載體姿態(tài)角的準(zhǔn)確解算，可以減少一個(gè)測(cè)量量，避免更多測(cè)量噪聲的引入。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)【背景技術(shù)】的不足提供了一種方便、靈活、易于 操作的基于MEMS加速度計(jì)的載體姿態(tài)橫滾角獲取方法。
[0007] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種基于MEMS加速度計(jì)的載體姿態(tài)橫滾角獲取方法，具體包含如下步驟：
[0009]步驟1，預(yù)先將三軸MEMS加速度計(jì)安裝于載體上；
[0010] 步驟2,通過三軸MEMS加速度計(jì)實(shí)時(shí)獲取載體三個(gè)軸方向上的向量參數(shù)；
[0011] 步驟3,根據(jù)步驟2獲取的三個(gè)軸方向上的向量參數(shù)計(jì)算出載體姿態(tài)基于重力向 量的橫滾角，具體計(jì)算如下：
[0013] 其中，0為載體姿態(tài)的橫滾角，Ax為載體x軸方向的向量參數(shù)，Ay為載體y軸方 向的向量參數(shù)，Az為載體z軸方向的向量參數(shù)；
[0014] 步驟4,將步驟3計(jì)算出的基于重力向量的橫滾角通過顯示模塊實(shí)時(shí)顯示出來，同 時(shí)通過數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。
[0015] 作為本發(fā)明一種基于MEMS加速度計(jì)的載體姿態(tài)橫滾角獲取方法的進(jìn)一步優(yōu)選方 案，所述三軸MEMS加速度計(jì)的芯片型號(hào)為MMA7260Q。
[0016] 作為本發(fā)明一種基于MEMS加速度計(jì)的載體姿態(tài)橫滾角獲取方法的進(jìn)一步優(yōu)選方 案，所述顯不t旲塊為L(zhǎng)Q)顯不屏。
[0017] 作為本發(fā)明一種基于MEMS加速度計(jì)的載體姿態(tài)橫滾角獲取方法的進(jìn)一步優(yōu)選方 案，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊采用無線傳輸模塊。
[0018] 作為本發(fā)明一種基于MEMS加速度計(jì)的載體姿態(tài)橫滾角獲取方法的進(jìn)一步優(yōu)選方 案，所述三軸MEMS加速度計(jì)采用鋰電池供電。
[0019] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
[0020] 1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、具有低成本，高精度，微型化數(shù)字顯示的特點(diǎn)；
[0021] 2、本發(fā)明利用三軸MEMS加速度計(jì)用來獲得載體基于重力向量的橫滾角，獲取更 加精確；
[0022] 3、本發(fā)明采用無線傳輸模塊與監(jiān)控中心進(jìn)行互動(dòng)，是監(jiān)控過程更加方便。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：
[0024] 本發(fā)明設(shè)計(jì)一種基于MEMS加速度計(jì)的載體姿態(tài)橫滾角獲取方法，具體包含如下 步驟：
[0025] 步驟1，預(yù)先將三軸MEMS加速度計(jì)安裝于載體上；
[0026] 步驟2,通過三軸MEMS加速度計(jì)實(shí)時(shí)獲取載體三個(gè)軸方向上的向量參數(shù)；
[0027] 步驟3,根據(jù)步驟2獲取的三個(gè)軸方向上的向量參數(shù)計(jì)算出載體姿態(tài)基于重力向 量的橫滾角，具體計(jì)算如下：
[0029] 其中，0為載體姿態(tài)的橫滾角，Ax為載體x軸方向的向量參數(shù)，Ay為載體y軸方 向的向量參數(shù)，Az為載體z軸方向的向量參數(shù)；
[0030] 步驟4,將步驟3計(jì)算出的基于重力向量的橫滾角通過顯示模塊實(shí)時(shí)顯示出來，同 時(shí)通過數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。
[0031] 其中，所述三軸MEMS加速度計(jì)的芯片型號(hào)為MMA7260Q，所述顯示模塊為L(zhǎng)CD顯示 屏。所述數(shù)據(jù)傳輸模塊采用無線傳輸模塊，所述三軸MEMS加速度計(jì)采用鋰電池供電。
[0032] 本發(fā)明采用三軸MEMS加速度計(jì)用來獲得載體基于重力向量的橫滾角，計(jì)算過程 更加方便快捷。
[0033] 三軸MEMS加速度計(jì)：本系統(tǒng)中的加速度計(jì)選用了 Freescale的MMA7260Q單片三 軸加速度計(jì)。MMA7260Q是一個(gè)低成本的電容式微機(jī)械加速度計(jì)，其內(nèi)部具有信號(hào)調(diào)整、單極 低通濾波器、溫度補(bǔ)償?shù)裙δ埽淞砍炭梢酝ㄟ^編程選擇1. 5g/2g/4g/6g之一。
[0034] 本發(fā)明采用的控制系統(tǒng)：AVR單片機(jī)具有預(yù)取指令功能，即在執(zhí)行一條指令時(shí)，預(yù) 先把下一條指令取進(jìn)來，使得指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行；多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度 快;AVR單片機(jī)具有32個(gè)通用工作寄存器，相當(dāng)于有32條立交橋，可以快速通行；中斷響應(yīng) 速度快。AVR單片機(jī)有多個(gè)固定中斷向量入口地址，可快速響應(yīng)中斷；AVR單片機(jī)耗能低。對(duì) 于典型功耗情況，WDT關(guān)閉時(shí)為100nA，更適用于電池供電的應(yīng)用設(shè)備；有的器件最低1. 8V 即可工作。
[0035] 具體工作過程如下：
[0036] 步驟1，預(yù)先將三軸MEMS加速度計(jì)安裝于載體上；
[0037] 步驟2,通過三軸MEMS加速度計(jì)實(shí)時(shí)獲取載體三個(gè)軸方向上的向量參數(shù)；
[0038] 步驟3,根據(jù)步驟2獲取的三個(gè)軸方向上的向量參數(shù)計(jì)算出載體姿態(tài)基于重力向 量的橫滾角，具體計(jì)算如下：
[0040] 其中，0為載體姿態(tài)的橫滾角，Ax為載體x軸方向的向量參數(shù)，Ay為載體y軸方 向的向量參數(shù)，Az為載體z軸方向的向量參數(shù)；
[0041] 步驟4,將步驟3計(jì)算出的基于重力向量的橫滾角通過顯示模塊實(shí)時(shí)顯示出來，同 時(shí)通過數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。
[0042] 本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)（包括 技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)）具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。 還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文 中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0043] 以上實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是 按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍 之內(nèi)。上面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以再不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變 化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于MEMS加速度計(jì)的載體姿態(tài)橫滾角獲取方法，其特征在于：具體包含如下步 驟： 步驟1，預(yù)先將三軸MEMS加速度計(jì)安裝于載體上； 步驟2,通過三軸MEMS加速度計(jì)實(shí)時(shí)獲取載體三個(gè)軸方向上的向量參數(shù)； 步驟3,根據(jù)步驟2獲取的三個(gè)軸方向上的向量參數(shù)計(jì)算出載體姿態(tài)基于重力向量的 橫滾角，具體計(jì)算如下：其中，Θ為載體姿態(tài)的橫滾角，Ax為載體X軸方向的向量參數(shù)，Ay為載體y軸方向的 向量參數(shù)，Az為載體z軸方向的向量參數(shù)； 步驟4,將步驟3計(jì)算出的基于重力向量的橫滾角通過顯示模塊實(shí)時(shí)顯示出來，同時(shí)通 過數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS加速度計(jì)的載體姿態(tài)橫滾角獲取方法，其特征 在于：所述三軸MEMS加速度計(jì)的芯片型號(hào)為MMA7260Q。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS加速度計(jì)的載體姿態(tài)橫滾角獲取方法，其特征 在于：所述顯不t旲塊為L(zhǎng)⑶顯不屏。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS加速度計(jì)的載體姿態(tài)橫滾角獲取方法，其特征 在于：所述數(shù)據(jù)傳輸模塊采用無線傳輸模塊。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MEMS加速度計(jì)的載體姿態(tài)橫滾角獲取方法，其特征 在于：所述三軸MEMS加速度計(jì)采用鋰電池供電。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于MEMS加速度計(jì)的載體姿態(tài)橫滾角獲取方法，具體包含如下步驟：預(yù)先將三軸MEMS加速度計(jì)安裝于載體上；通過三軸MEMS加速度計(jì)實(shí)時(shí)獲取載體三個(gè)軸方向上的向量參數(shù)；根據(jù)獲取的三個(gè)軸方向上的向量參數(shù)計(jì)算出載體姿態(tài)基于重力向量的橫滾角，將計(jì)算出的基于重力向量的橫滾角通過顯示模塊實(shí)時(shí)顯示出來，同時(shí)通過數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。
【IPC分類】G01C1/00
【公開號(hào)】CN104897131
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510350410
【發(fā)明人】孫志君, 方繼廣, 唐猛, 王國(guó)榮
【申請(qǐng)人】蘇州市英富美欣科技有限公司
【公開日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年6月23日