[发明专利]一种基于正交旋转的九陀螺MEMS惯性测量装置

说明书

技术领域

本发明属于惯性导航技术领域，特别涉及一种基于正交旋转的九陀螺MEMS惯性测量装置。

技术背景

由微机电系统(micro-electro mechanical systems,MEMS)的惯性器件组成的微型惯性测量单元具有自主性强、体积小、重量轻、成本低及抗冲击力强等优点，通过增加敏感元件的个数进行冗余配置，是目前提高系统可靠性和精度的最主流的方法。将敏感元件按照一定的组合方式进行安装，可以提高惯性测量单元各轴向的冗余度，而且可以利用重复的测量数据提高导航精度。中国航空工业集团公司王京献等人就九陀螺设计了一种十八面体配置方案，其可靠性相当于六套非冗余惯导系统，但由于惯性测量装置中的陀螺有三组共面现象，使得系统的可靠性并未达到最高(王京献，张明辉《一种高可靠捷联惯性测量单元布局》，中国惯性技术学报，2012年6月，第20卷，第3期)。本发明专利一种基于正交旋转的九陀螺MEMS惯性测量装置，装置中包括三组相互正交的陀螺，任意三个均不共面，使系统可靠性得到进一步提升。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于正交旋转的九陀螺MEMS惯性测量装置，该惯性测量装置由装置的载体坐标系沿逆时针方向两次旋转得到，提高了系统的可靠性和精度。

本发明的目的是这样实现的：

基于正交旋转的九陀螺MEMS惯性测量装置，惯性测量装置包括三组陀螺，分别为第一正交陀螺组、第二正交陀螺组和第三正交陀螺组，其中第一正交陀螺组与装置的载体坐标系重合；装置的载体坐标系原点为惯性测量装置的中心，ox_b、oy_b分别指向装置的横轴和纵轴，oz_b与ox_b、oy_b构成右手直角坐标系，三组陀螺之间的空间关系可由载体坐标系依次绕矢量S沿逆时针方向旋转40°得到，矢量S与载体坐标系各轴的夹角相等，均为54.74°；所有陀螺都与载体坐标系的原点等距离安装，且任意两个相邻陀螺测量轴的夹角均为32.43°，任意两个间隔陀螺测量轴的夹角均为63.32°，任意两个相对陀螺测量轴的夹角均为107.05°；将惯性测量装置中的MEMS陀螺按照T型结构安装方法进行安装。

所述的第一正交陀螺组包括第一陀螺(1)、第四陀螺(4)、第七陀螺(7)；第二正交陀螺组包括第二陀螺(2)、第五陀螺(5)、第八陀螺(8)；第三正交陀螺组包括第三陀螺(3)、第六陀螺(6)、第九陀螺(9)，所述的T型结构将装置中第一陀螺与第二陀螺、第二陀螺与第三陀螺的夹角均为32.43°，第一陀螺与第三陀螺的夹角为63.32°；第四陀螺与第五陀螺、第五陀螺与第六陀螺的夹角均为32.43°，第四陀螺与第六陀螺的夹角为63.32°；第七陀螺与第八陀螺、第八陀螺与第九陀螺的夹角均为32.43°，第七陀螺与第九陀螺的夹角为63.32°，将第一陀螺至第九陀螺按照正交方式进行组合安装，使其满足第一正交陀螺组、第二正交陀螺组、第三正交陀螺组三组相互正交。

本发明的有益效果在于：

(1)相比现有发明中设计的九陀螺十八面体配置方案，本发明专利一种基于正交旋转的九陀螺MEMS惯性测量装置，装置中任意三个陀螺均不共面，其可靠性相当于七套非冗余惯导系统，使系统可靠性进一步提升。

(2)本发明按照T型结构安装方法安装所有陀螺，这样的结构设计相比常规的单个安装更加方便、加工简单、易于工程化。

附图说明

图1为本发明的陀螺配置结构示意图。

图2为本发明的从点o向矢量S的俯视图。

图3为不同配置方案的可靠性曲线图。

图4为本发明的数据处理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

附图标记：1为1号陀螺，2为2号陀螺，3为3号陀螺，4为4号陀螺，5为5号陀螺，6为6号陀螺，7为7号陀螺，8为8号陀螺，9为9号陀螺。