[发明专利]一种低成本组合式定位定向装置及组合定位方法

权利要求书

1.一种低成本组合式定位定向装置，其组成包括由MEMS IMU和导航计算机组成的MEMS INS、GPS接收机、三维数字电子罗盘、高度计、气速计、电源模块、箱体及接插件，其特征是：+24V直流电压进入电源模块后，通过DC-DC模块转换为±5V和+12V，供给相应的子系统，MEMS IMU的9只MEMS陀螺和MEMS加速度计分别测量出载体运动的角速度和加速度，其输出为相应的模拟电压值，通过数据采集电路将该电压值进行A/D转换，然后输入到MEMSINS的标定和导航程序中，得到载体运动的姿态、位置和速度信息，同时，导航计算机通过232串口定时采集GPS接收机、电子罗盘、气速计和高度计的位置、姿态、速度和高度信息。

2.根据权利要求1所述的低成本组合式定位定向装置，其特征是：所述的MEMS INS的9个MEMS陀螺选择ADXRS150、6个双轴加速度计选择ADXL202，9个MEMS陀螺和6个双轴加速度计安装在一个由4块平整的铜板组成的安装基座上，MEMS陀螺和双轴加速度计分布在三个正交面上。

3.根据权利要求1或2所述的低成本组合式定位定向装置，其特征是：所述的GPS接收机选择iTrax02，所述的三维数字电子罗盘选择HMR3000，所述的高度计选择AXD550。

4.根据权利要求1或2所述的低成本组合式定位定向装置，其特征是：MEMSINS和三维数字电子罗盘设置在箱体的中间，艏艉线从中穿过。

5.根据权利要求3所述的低成本组合式定位定向装置，其特征是：MEMS INS和数字电子罗盘设置在箱体的中间，艏艉线从中穿过。

6.一种采用权利要求1所述的低成本组合式定位定向装置的组合定位方法，其特征是：

(1)选用由MEMS IMU和导航计算机组成的MEMS INS、电源模块以及外界通讯插头、气速计、高度计、GPS接收机、三维数字电子罗盘以及箱体组成的低成本组合式定位定向装置，其中MEMS IMU包括9只MEMS陀螺和6只双轴加速度计；

(2)MEMS INS姿态、位置和速度更新

在三维空间上的每个测量轴上有采用3个MEMS陀螺对同一个输入角速度进行测量，然后设计最优滤波器估计出各陀螺误差的大小，并对量测信息补偿校正，得到对输入角速率的高精度估计值，另一方面，每隔0.05秒采集一次三维数字电子罗盘HMR3000的姿态角信息，通过设计一个Kalman滤波器，估计陀螺的常值漂移，进而对陀螺测量的角速度信息进行定时补偿；

(3)对各导航单元信息进行融合

导航计算机高速采集多路陀螺和加速度计信号，实时计算出载体的姿态、位置和速度后，每隔1秒钟同时接收一次GPS接收机iTrax02的位置、速度和三维数字电子罗盘HMR3000的三维姿态角信息，然后以MEMS INS作为参考系统，分别与iTrax02和HMR3000组成子滤波器1和子滤波器2进行联邦滤波，滤波器的参数由预先的专家系统判断载体机动状态后作自适应调整，经过补偿后得到优化的姿态、位置和速度信息。