[发明专利]基于批量MEMS敏感器的惯性测量单元及姿态位置信息获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于批量MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）敏感器的惯性测量单元及姿态位置信息获取方法，属于惯性导航技术领域。

背景技术

现代微小卫星技术存在向快速应用和低成本化发展的趋势。快速应用能力要求卫星简单可靠，相关组件能够批量生产；低成本要求卫星功能密度高、重量轻、体积小、研制周期、工程风险小。传统卫星的IMU（Inertial measurement unit的简写，惯性测量单元）使用高性能的陀螺和加速度计，这些IMU系统的特点是精度高，但是技术复杂，且体积大、质量大、成本高，不适合快速批量生产。同时，由于成本和载荷限制，传统卫星只能配置少量的陀螺和加速度计，因此降低了IMU系统冗余度和容错性。

发明内容

本发明目的是为了解决传统卫星只能配置少量的陀螺和加速度计，因此降低了IMU系统冗余度和容错性的问题，提供了一种基于批量MEMS敏感器的惯性测量单元及姿态位置信息获取方法。

本发明所述基于批量MEMS敏感器的惯性测量单元，它包括m个MEMS敏感器、片选译码器、单片机和电源模块，

m个MEMS敏感器均通过SPI总线与单片机的姿态信息输入端相连，单片机的片选指令输出端与片选译码器的片选指令输入端相连，片选译码器的m个片选指令输出端分别与m个MEMS敏感器的始能端一一相连；

电源模块为片选译码器、单片机和m个MEMS敏感器供电。

基于所述基于批量MEMS敏感器的惯性测量单元的姿态位置信息获取方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：对每个MEMS敏感器进行初始化对准和陀螺敏感器常值漂移的滤除；

步骤二：按照外部输入指令所指定的采样频率和陀螺编号，通过分时操作的方法，使用SPI总线对m个MEMS敏感器逐个进行数据采集，并反馈给单片机；

步骤三：比对各个MEMS敏感器的输出数据，发现故障后，忽略MEMS敏感器的输出，然后重启MEMS敏感器，如果仍然存在故障，则关闭MEMS敏感器的电源；

步骤四：对步骤三获取的若干组数据进行滑动平均处理，再采用数据融合算法得到一组三轴姿态位置信息。

本发明的优点：所设计的IMU全部使用商品级器件，成本低，技术成熟，可以进行批量化生产；系统体积小、质量轻、功耗低；通过MEMS敏感器的可插拔、模块化设计，具有良好的可扩展性；IMU系统使用批量敏感器，可以获得很高的冗余度，配合故障检测算法，具有良好的容错性。

附图说明

图1是本发明所述基于批量MEMS敏感器的惯性测量单元；

图2是基于批量MEMS敏感器的惯性测量单元的姿态位置信息获取方法流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于批量MEMS敏感器的惯性测量单元，它包括m个MEMS敏感器1、片选译码器2、单片机3和电源模块4，

m个MEMS敏感器1均通过SPI总线与单片机3的姿态信息输入端相连，单片机3的片选指令输出端与片选译码器2的片选指令输入端相连，片选译码器2的m个片选指令输出端分别与m个MEMS敏感器1的始能端一一相连；

电源模块4为片选译码器2、单片机3和m个MEMS敏感器1供电。

MEMS敏感器1具有成本低，体积小、质量轻，功能密度高的特点。随着MEMS技术的发展，MEMS敏感器1的精度获得了很大提升，可以应用于微小卫星的IMU系统。

本实施方式以SOC单片机3为核心，以批量低成本商品级的MEMS敏感器1为基础。MEMS敏感器1使用可插拔、模块化设计，利用统一的敏感器接口，实现了良好的可扩展性。使用SPI总线进行内部通信，使用CAN总线和射频天线进行外部通信。IMU外接电源。MEMS敏感器1均可输出三轴姿态信息或者位置信息。按照一定的采样频率，使用单片机的SPI总线对MEMS敏感器1逐个进行数据采集，通过分时工作的方法，避免了各个MEMS敏感器1对SPI总线的争用。使用故障检测算法，排除故障敏感器数据对系统的影响。采集获得的姿态位置的信息，进行数据融合。

具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，它还包括射频芯片5和天线，单片机3的姿态信息外部输出端与射频芯片5的输入端相连，射频芯片5的输出端连接天线，电源模块4为射频芯片5供电。