[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

说明书

本发明具体涉及一种基于MEMS传感器阵列的高精度惯性量测量方法，包括步骤：S1、构建三维空间正交坐标系；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，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,并对各测量值进行校准；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。该惯性量测量方法，在降低成本的同时更加准确地测量飞行器的惯性量，实现精准控制。

技术领域

本发明涉及无人机的惯性导航技术领域，具体涉及一种基于MEMS传感器阵列的高精度惯性量测量方法及测量系统。

背景技术

无人机是一种由无线电遥控设备或自身程序控制装置操纵的无人驾驶飞行器。目前，随着科技的发展，无人机技术日趋成熟，无人机以其速度快、操作灵活的特点被广泛应用。民用领域、地图测绘无人机、地质勘测无人机、灾害监测无人机、气象探测无人机、空中交通管制无人机、边境控制无人机、通信中继无人机、农药喷洒无人机、救援无人机的研究和应用在国内外都在不断的发展中。

在无人机控制系统中，惯性测量装置是其中的核心部件，可以获得无人飞行器的姿态信息及位置信息，从而实现完全自我导航。随着技术的发展，目前微惯性器件已经得到了广泛的应用。

惯性测量装置的具体工作原理如下：陀螺仪检测飞行器的三轴角速率，加速度计检测飞行器沿着三轴运动的线性加速度，控制器分别对陀螺仪和加速计测量出的数据信号进行分析处理，得出飞行器的瞬时航行速度信息，推算出飞行器航行的距离和位置。

现有惯性测量装置所采用的传感器包括低成本MEMS（即微机电系统，Microelectro Mechanical Systems）传感器和高精度MEMS传感器，低成本MEMS传感器的体积小、重量轻、性能稳定，但是精度不高，尤其是低成本MEMS加速度计，在无人机震动较大时，加速度计噪声往往很大，大大降低了惯性测量装置测量的准确性；而高精度MEMS传感器的价格较为昂贵，是低成本MEMS传感器的十倍，甚至是二十倍以上，因此成本较高。

由此可见，能否基于现有技术的不足，提供一种成本低且精度高的惯性量测量方法及测量系统，成为目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种基于MEMS传感器阵列的高精度惯性量测量方法和测量系统，其能更佳准确地测量飞行器的惯性量，实现精准控制，降低了成本。

为了达到上述技术效果，本发明包括以下技术方案：

一种基于MEMS传感器阵列的高精度惯性量测量方法，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；

需要说明的是，三轴MEMS惯性传感器设置在步骤S1构建的三维空间正交坐标系内，三个测量轴可以沿着空间坐标系下的x方向、y方向和z方向中的任一方向设置，本发明中所指的x方向、y方向和z方向均为x正方向、y正方向和z正方向，三个测量轴的方向均指正方向。

即对于同一传感器，若x测量轴沿着y方向设置，则y测量轴可以沿着x方向或z方向设置，z测量轴可以沿着z测量轴或x测量轴方向设置，但需保证每个坐标方向上均含有x测量轴、y测量轴和z测量轴；在某些实施例中，同一坐标方向上含有相同数量的x测量轴、y测量轴和z测量轴时，测量精度较佳，且至少设有三个相同的三轴MEMS惯性传感器。