[实用新型]陀螺仪辅助式姿态测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测量仪器，具体涉及一种陀螺仪辅助式姿态测量装置。 

背景技术

目前市场上的进行姿态测量的测绘产品主要采用电子罗盘、倾角传感器和经纬仪三种。 

其中数字罗盘由检测地球磁场的磁力传感器和加速度传感器组成，通过磁力传感器感应地球的磁场来测量航向，通过加速度传感器测量载体在俯仰和横滚方向的变化量。采用数字罗盘进行姿态测量的精度不高，航向的精度一般为3°～5°，用于具体测绘测量时，1000米距离的测量误差一般为50米，误差太大。 

倾角传感器是运用惯性原理测量水平面倾斜角的一种加速度传感器。采用倾角传感器进行姿态测量时，分辨率可以达到0.01°，但由于测量前需要对倾角传感器进行校准，并且校准时必须保持绝对水平状态，校准过程复杂。 

经纬仪是采用双轴、绝对光码表计算每个轴的旋转角度的技术原理的测绘工具。其精度很高，可以达到秒级精度。但其具体使用过程复杂，每次使用前都需经过复杂的校准过程，并且在使用过程中不能移动，每移动一次就必须要重新进行校准。同时经纬仪的体积大，加三脚架重量一般达到8～10公斤。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于方便快捷地减少姿态测量的操作过程，另一方面提供姿态测量的精度。 

为了达到上述设计目的，本实用新型采用的技术方案如下： 

一种陀螺仪辅助式姿态测量装置，包括测量单元、信号调节单元、数据采集单元、处理单元、通讯单元及电源组件，所述测量单元将载体运动的实时信号传递给信号调节单元，信号调节单元对信号进行分调及去噪音干扰后经数据 采集单元传递至处理单元，处理单元对得到的载体姿态角信号通过通讯单元传递给上位机。 

进一步，所述测量单元为一种多轴陀螺仪，信号调节单元、数据采集单元、处理单元、通讯单元集成在一个微控制器上。 

进一步，所述多轴螺旋仪、微控制器及电源组件通过SMT贴装技术集成到一个电路板上。 

本实用新型陀螺仪辅助式姿态测量装置的有益效果是：可以有效弥补数字罗盘和倾角传感器在姿态测量过程中的各种不足，不需要将测量设备调整到绝对水平状态，并且可实现高精度的姿态测量。 

附图说明

图1为本实用新型的工作原理图； 

图2为本实用新型的电路设计图。 

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式做详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获取的其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。 

如图1所示本实用新型提供的陀螺仪辅助式姿态测量装置，包括测量单元、信号调节单元、数据采集单元、处理单元、通讯单元及电源组件，所述测量单元将载体运动的实时信号传递给信号调节单元，信号调节单元对信号进行分调及去噪音干扰后经数据采集单元传递至处理单元，处理单元对得到的载体姿态角信号通过通讯单元传递给上位机，其中所述测量单元为一种多轴陀螺仪，信号调节单元、数据采集单元、处理单元、通讯单元集成在一个微控制器上。 

另外本实用新型专利采用SMT贴装技术，将微控制器、陀螺仪和电源组件集成到一个电路板上。其中微控制器的为意法半导体公司的STM32F103RC微控制器，可以充分保障芯片的品质；陀螺仪为挪威公司Sensonor Technologies AS的STIM202陀螺仪，可以有效保证陀螺仪的工作稳定性；电源部分采用迈瑞半 导体公司推出的高效能LD0 MIC29302芯片，可以保证电源信息工作的可靠性。 

本实用新型专利采用高精度多轴陀螺STIM202，该陀螺的零偏稳定性(biasstability)仅为0.5°/hr，性价比优于同精度等级FOG光纤陀螺。该款陀螺可以输出角速度值、增量式角度值、平均角速率、集成角度、温度等各种数据。 

1)当该款陀螺仪输出角速度数据时，可以通过如下公式将输出的数据转换为具体的姿态角度： 

上式中，AR1是STIM202输出的24位数据的有效数据位，通常AR1是从bit16到bit23部分的数据；AR2是24位输出数据中的中间位，通常AR2是从bit8到bit15部分的数据；24位输出数据的最低位，通常AR3是从bit0到bit7部分的数据。 

2)当该款陀螺仪输出增量式角度数据时，可以通过如下公式将输出的数据转换为具体的姿态角度：