[发明专利]一种姿态航向参考系统

说明书

技术领域

本发明属于导航、制导与控制技术领域，更具体地，涉及一种姿态航向参考系统。

背景技术

姿态航向参考系统（Attitude and Heading Reference System，AHRS），主要由三轴角速度传感器、三轴线加速度传感器、三轴磁传感器和微处理器组成，微处理器对所有传感器件采集到的数据进行解算和融合，得到所附运载体的空间姿态和航向信息，即俯仰角、横滚角和航向角。姿态和航向信息是导航和控制过程中的关键信息，在载入姿态航向参考系统所附运载体的俯仰角、横滚角和航向角后，可以进而推导出运载体的速度、位置和运动轨迹。因此，姿态航向参考系统在航天器、导弹、车辆的导航以及卫星、机器人、平台的姿态控制等领域有着广泛的应用。

根据惯性导航系统技术，为了保证姿态航向参考系统处理得到的姿态和航向信息的准确性，上述三类传感器件的敏感轴X、Y、Z轴必须分别平行且相互之间必须正交，为了满足此条件，一般需要特定的装置来安装固定角速度传感器、线加速度传感器及磁传感器。在现有技术中，通常是先加工制作一个具有正交结构的框架或基座，再将角速度传感器、线加速度传感器及磁传感器安装固定在框架或基座的不同面上。

如专利号为CN200610011562.1的中国发明申请专利《一种轻小型惯性测量单元》：采用微机电系统（micro-electro-mechanical system，MEMS）惯性器件，配合必要元器件构成x向、y向、z向三块惯性器件板，由信号处理电路板进行信号转换，所有电路板安装在“T”形空心架上；“T”形空心架是一个由主金属框和辅金属框结合形成的具有正交结构的框架，采用低密度、高强度材料的铝合金或钛合金制成；三块不同的惯性器件板上均有微型陀螺仪、微型加速度计和接插件，且三块板上的微型加速度计的位置分布各不相同；当一块信号处理电路板无法实现全部信号转换功能时，需要增加额外的信号处理电路板。这种方法需要使用多块不同的印制电路板，增加了整个系统的制作成本和周期；所有的印制电路板均通过螺栓配合螺母的方式安装固定在“T”形金属框架上，安装工序多，且易引入较大的安装误差；使用辅助装置“T”形金属框架来提供正交结构，增加了系统的加工制作成本，同时增加了系统的重量，不利于系统轻型化的发展。

再如专利号为CN200710063635.6的中国发明申请专利《一种隐式结构微型惯性测量单元》：按照一定垂直度、平面度和光洁度的要求，采用合成陶瓷材料加工一正方体基座；利用具有一定光洁度的合成陶瓷材料表面可电镀电路的特点，根据加速度计和陀螺的封装、电路原理图及安装要求，在基座表面电镀电路并附着焊盘；把加速度计和陀螺直接焊接在基座互相垂直的面上，以保证三个敏感方向的加速度计和陀螺相互垂直。这种方法需要进行多次电镀工序将电路和焊盘电镀在正方体陶瓷基座的不同表面上，制作工序复杂、周期长；使用正方体陶瓷基座来提供正交结构，不利于系统轻型化的发展，而且基座表面可利用的空间有限，当增加器件数量的时候，需要增大正方体基座的体积；此外，使用合成陶瓷材料加工正方体基座，成本较高。

再如专利号为CN201110299117.0的中国发明申请专利《一种基于三维立体封装技术的微型姿态航向参考系统》：包括有位于内核的三维空间集成基座，且该三维空间集成基座为六面体；三维空间集成基座外表面紧覆有多层刚柔结合板；多层刚柔结合板一面内配有微处理器，另外五面分别配装有三个单轴陀螺仪、一个三轴加速度计和一个三轴磁传感器；三维空间集成基座一面制有主器件槽，且微处理器嵌入于该主器件槽内；三维空间集成基座每面四角处均插配有定位螺钉，且定位螺钉还与多层刚柔结合板对应处穿插紧配。这种方法使用刚柔结合板，在六块刚性印制电路板之间进行多次柔性连接，制作工序复杂、周期长、成本高；刚柔结合板通过定位螺钉安装固定在三维空间集成基座上，安装工序多，且易引入安装误差；使用三维空间集成基座提供正交结构，同样不利于系统轻型化的发展。

综上所述，由于使用了具有正交结构的框架或基座，现有技术主要存在以下缺点：

（1）使用框架或基座来提供正交结构，增加了姿态航向参考系统的重量，不利于系统轻型化的发展；

（2）加工制作具有正交结构的框架或基座，增加了姿态航向参考系统的制作成本；

（3）需要设计制作不同的印制电路板、或不同的电镀电路、或结构特殊的刚柔结合板，从而使传感器件位于正交框架或基座的不同面上，制作工序复杂、周期长、成本高；