[发明专利]基于MEMS传感器阵列的高精度惯性量测量方法及测量系统

权利要求书

1.一种基于MEMS传感器阵列的高精度惯性量测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、构建三维空间正交坐标系，包括x方向、y方向和z方向；

S2、在无人机机体上设置多个相同型号的三轴MEMS惯性传感器，所述三轴MEMS惯性传感器包含x测量轴、y测量轴和z测量轴，三个测量轴的方向分别与三个坐标方向中的其一方向相同，每个坐标方向均含有x测量轴、y测量轴和z测量轴；

S3、获取空间坐标系下同时刻三个坐标方向上各传感器的三轴测量值为X₁、X₂、X₃、X₄……X_i,并对各测量值进行校准，校准后的测量值为：

其中,i∈[1,n],n为传感器的个数，A_i为校准矩阵，X_i＝[x_i y_i z_i]^T为三维列向量，W_i为高斯白噪声；A_i∈R^3×4，包含对传感器量程和偏移的校准；

S4、采用自适应加权平均算法对步骤S3所校准后的测量值进行融合计算，得出基于MEMS传感器阵列的各坐标方向的惯性量融合值；

所述步骤S4的具体融合过程为：

a)、多个相同传感器噪声特性相同，所产生的高斯白噪声累计求和后噪声相互抵消，即

b)、多个传感器同时刻所测得数据的融合值为：

其中，i∈[1,n],a_i为权重，T_i为第i个传感器校准后的测量值；T为多个传感器同时刻所测得数据的融合值；

c)、各传感器k时刻的方差为：

Var(T_i)＝E[(T_i-u_k)²]，

其中，u_k＝T_k-1,u_k为期望值，T_k-1为k-1时刻的融合值；

d)、各传感器同一时刻的权重分别为a₁、a₂、a₃……a_i，权重与传感器的方差满足：

Var(T_i)为各传感器k时刻的方差。

2.根据权利要求1所述的基于MEMS传感器阵列的高精度惯性量测量方法，其特征在于，所述步骤S2中三轴MEMS惯性传感器为多个相同的三轴陀螺仪或多个相同的三轴加速度计。

3.根据权利要求1所述的基于MEMS传感器阵列的高精度惯性量测量方法，其特征在于，所述步骤S2中的三轴MEMS惯性传感器设置在三个两两正交的传感器电路板上，每个传感器电路板上设有多个相同的三轴MEMS惯性传感器。

4.根据权利要求1所述的基于MEMS传感器阵列的高精度惯性量测量方法，其特征在于，所述步骤S2～S5中三轴MEMS惯性传感器输出的数字信号传输给微处理器。

5.一种使用如权利要求1～4任一项所述方法的基于MEMS传感器阵列的高精度惯性量测量系统，其特征在于，包括惯性测量模块和微处理器，所述惯性测量模块包括三个两两正交的第一传感器电路板、第二传感器电路板和第三传感器电路板，三个传感器电路板上分别阵列排布有相同型号的三轴MEMS惯性传感器，各传感器分别与微处理器连接，所述微处理器与无人机飞行控制器连接。

6.根据权利要求5所述的基于MEMS传感器阵列的高精度惯性量测量系统，其特征在于，所述三轴MEMS惯性传感器为三轴陀螺仪或三轴加速度计。

7.根据权利要求5所述的基于MEMS传感器阵列的高精度惯性量测量系统，其特征在于，所述第一传感器电路板、第二传感器电路板和第三传感器电路板均为印刷电路板，所述第一传感器电路板、第二传感器电路板的一端分别竖直插接于水平设置的第三传感器电路板上。