[发明专利]一种传感器斜置的惯性测量组件结构

说明书

技术领域

本发明属于惯性导航技术领域，涉及一种传感器斜置的惯性测量组件结构。

背景技术

捷联惯导系统的惯性测量组件(IMU)包括三个陀螺和三个加速度计，用以敏感和测量载体的角运动和线运动，惯导系统通过对陀螺和加速度计的输出信号进行解算，得到载体的姿态、速度、位置等导航信号。在很多应用场合，例如导弹、直升机或制导炸弹的惯导系统，对惯性测量组件的尺寸、重量和体积的要求非常苛刻，而且某些导弹的动态范围非常高，需要选择量程和载体动态范围相同的传感器。

如果惯性测量组件的结构按照传统的方法进行设计：即三个陀螺和三个加速度计的敏感轴相互正交布置，和载体的坐标系(也是惯导系统的坐标系)完全重合，坐标系满足右手定则。这样的设计方法必然会造成惯性测量组件的质心和惯性测量组件的几何中心严重偏移；惯性测量组件至少有40％的空间会被浪费或利用率不高，因而极易造成惯性测量组件的尺寸、空间和重量超出使用要求；必须选择动态范围和载体动态范围相等的传感器，严重地限制了传感器的选择范围。

发明内容

本发明的目的是提出一种能够充分利用有限空间的一种传感器斜置的惯性测量组件结构。本发明的技术解决方案是：惯性测量组件结构包括一个六棱台体的支架，三个陀螺和三个加速度计，将三个陀螺和三个加速度计等角度对称的斜置安装在惯性测量组件的支架上，将三个陀螺测量到的角速度ωgxωgyωgz,]]>通过一个转换矩阵转换到惯导系统的坐标系下；同理，将三个加速度计测量到的加速度faxfayfaz,]]>通过另外一个转换矩阵转换到惯导系统的坐标系下；其中，为陀螺坐标系到惯导坐标系的转换矩阵，加速度计坐标系到惯导坐标系的转换矩阵，实现对载体的角速度和加速度的测量；

(1)支架的结构

支架的安装面为支架的底面，支架安装面的法线与载体的最大动态输入轴平行或重合，三个陀螺安装面和三个加速度计安装面分别绕支架安装面的法线成轴对称圆周均布，陀螺安装面的法线与支架安装面的法线之间的夹角为α，加速度计安装面的法线与支架安装面的法线之间的夹角为θ；

(2)陀螺安装面的结构

陀螺安装面的法线与安装在其安装面上的陀螺敏感轴重合，三个陀螺安装面的法线和载体的最大动态输入轴Z_b之间的夹角也均为α；惯导系统的坐标系的X、Y、Z轴分别为OX_b、OY_b、OZ_b；X、Y、Z陀螺的敏感轴分别为OX_g、OY_g、OZ_g；其中OY_g在支架底面的投影为OA，OA和OY_b共线；OX_g在支架底面的投影为OB，OB和OX_b之间的夹角为γ；X、Y、Z陀螺的敏感轴之间的夹角相等，定义任意两者之间的夹角为β；

(2)加速度计安装面的结构