專利名稱：微型姿態參考系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種微型姿態參考系統，可以為載體提供慣性空間內三個軸的線加速度信息、角速度信息和規定導航坐標系內的姿態信息等。本實用新型屬導航、制導與控制技術領域，可以廣泛應用于航空、航天、地質勘探、工業測控、機器人、自動駕駛儀、衛星接收天線等小型載體的姿態控制等相關領域。
背景技術：
姿態參考系統可以為運載體提供線加速度信息、角速度信息、姿態信息等，當在系統中嵌入導航軟件時還可以提供載體的速度和位置信息。姿態參考系統是慣性導航系統最重要的組成部分，其中用于測量線加速度和角速度的慣性敏感器件加速度計和陀螺儀又是姿態參考系統中最重要的敏感器件。微機電系統(MEMS-MicroElectro-Mechanical Systems)是上個世紀末在微電子技術的基礎上發展起來的，它利用硅微加工、電鍍模板復制(LIGA)和精密機械加工等多種微加工技術，并應用現代信息技術構成的集微型機構、微型傳感器、微型執行器及信號處理和控制電路、通訊接口和電源等于一體的智能微型器件或系統。用MEMS技術制造慣性敏感器件，只有手指甲大小，并且可以做成貼片式結構直接焊接到電路板上，顛覆了傳統慣性敏感器件的體積概念。利用MEMS慣性敏感器件組成的慣性測量裝置，如姿態參考系統，其體積小，重量輕，功耗低，受到越來越多的重視，成為導航、制導與控制技術領域發展的一個新方向。此類產品在美國軍用和民用領域都得到了廣泛的應用，而我國由于起步較晚，再加上MEMS慣性敏感器件精度低的限制，在應用上還和發達國家相距甚遠。如何利用低精度的 MEMS慣性敏感器件，達到精度較高的慣性測量裝置就成了一個需要克服的重大難題。本實用新型選用低精度的MEMS慣性敏感器件(MEMS加速度計和MEMS陀螺儀)，利用結構設計、 電路設計、軟件補償、特殊選取等方式，研制出了微型姿態參考系統，滿足了較高精度應用條件的需求。
發明內容本實用新型的目的是提供一種體積小、重量輕、低成本、精度高、便于應用的姿態參考系統。本實用新型采用普遍應用的IOV 40V直流供電，標準RS232串行通訊接口。本實用新型集MEMS傳感器技術、高精度數字化數據采集與存儲、處理及結構設計為一體，能夠提供運動載體在慣性空間內三個軸的線加速度信息、轉動角速度信息和規定導航坐標系的姿態信息，另外可在CPU中嵌入導航算法，輸出運動載體的速度和位置信息。本實用新型的結構由基座和外殼組成。3軸MEMS加速度計、3軸MEMS陀螺儀、DC/ DC電源模塊、A/D模塊、CPU組合模塊和串行通信模塊等通過電路板安裝在基座上，電路板之間通過接插件或電纜連接，并由緊固件固定。安裝方式實現了 3個加速度傳感器和3個角速度傳感器的同軸性，提高了姿態參考系統的精度。[0008]本實用新型在硬件設計上通過高精度A/D模塊對2種MEMS傳感器輸出及其供電電壓的變化進行采樣，利用供電電壓的波動實時補償2種MEMS傳感器輸出，克服了低成本 MEMS傳感器的性能隨供電電壓的波動而降低的缺點，提高了姿態參考系統的輸出精度。另外考慮到方位角在沒有外界信息輔助的情況下處于發散狀態，本實用新型的方位軸向上使用了高精度的陀螺儀，從而抑制了方位角由于陀螺儀的零位漂移而引起發散。本實用新型主要用于導航、制導與控制技術領域運動載體的角速度和姿態控制。
附圖1是本實用新型微型姿態參考系統的內部結構示意圖。附圖2是本實用新型微型姿態參考系統的左視圖。附圖3是本實用新型微型姿態參考系統的俯視圖。
具體實施方式
微型姿態參考系統由基座(8)、外殼(7)及內部電路組成。MEMS加速度計和MEMS陀螺儀慣性敏感器件分別通過電路板⑴、電路板(2)和電路板⑶分別安裝在基座⑶上，安裝基座⑶保證了電路板(1)、電路板⑵和電路板⑶ 的正交安裝。在電路板(4)上集成有DC/DC電源模塊、CPU組合模塊和串行通信模塊。DC/DC電源模塊為整個姿態參考系統的電路部分提供所需要的工作電壓，CPU模塊則負責數據的采集與處理，串行通信模塊實現了姿態參考系統和外部設備之間的相互通訊。在電路板(3)上集成有高精度A/D模塊，用于采集來自電路板⑴和電路板(2) 上的傳感器輸出信號及傳感器(5)的輸出信號。高精度A/D模塊對MEMS傳感器的輸出及其供電電壓進行采樣，并通過監控供電電壓的波動對MEMS傳感器的輸出進行實時補償，以提高姿態參考系統的精度。電路板⑴、電路板⑵、電路板(3)和電路板(4)之間通過接插件或電纜連接，并由緊固件固定到基座(8)上。線纜(10)為對外接口電纜，用于電源供給和數據傳輸，姿態參考系統采用通用的 IOV 40V的直流電源進行供電，通過標準RS232串行通訊接口進行外部通信。外殼(7)通過螺釘緊固在安裝基座⑶上，外殼(7)上粘貼標簽(9)。微型姿態參考系統的外形尺寸不大于80mmX60mmX50mm，質量不大于100g。
權利要求1.一種微型姿態參考系統，由基座(8)及外殼(7)組成；3軸相互正交的MEMS加速度計、3軸相互正交的MEMS陀螺儀，DC/DC電源模塊，A/D模塊，CPU組合模塊和串行通信模塊等通過電路板(1)、電路板O)、電路板⑶和電路板⑷分別安裝在基座⑶上，電路板之間通過接插件或電纜連接并由緊固件固定。
2.根據權利要求1所述的微型姿態參考系統，其特征是外形尺寸不大于80讓X60讓X 50讓， 質量不大于100g。
3.根據權利要求1所述的微型姿態參考系統，其特征是選用MEMS加速度計和MEMS陀螺儀慣性敏感器件，并通過電路板(1)、電路板( 和電路板C3)分別安裝在基座(8)上。
4.根據權利要求1所述的微型姿態參考系統，其特征是安裝基座(8)保證了電路板 (1)、電路板⑵和電路板(3)的正交安裝。
5.根據權利要求1所述的微型姿態參考系統，其特征是電路板(1)、電路板O)、電路板 (3)和電路板(4)之間通過接插件或電纜連接，并由緊固件固定到基座(8)上。
6.根據權利要求1所述的微型姿態參考系統，其特征是采用高精度A/D模塊對MEMS傳感器的輸出及其供電電壓進行采樣，并通過監控供電電壓的波動對MEMS傳感器的輸出進行實時補償。
專利摘要微型姿態參考系統屬導航、制導與控制技術領域。本實用新型由基座、外殼和內部電路組成，3軸相互正交的MEMS加速度計、3軸相互正交的MEMS陀螺儀、DC/DC電源模塊、A/D模塊、CPU組合模塊和串行通信模塊等通過電路板分別安裝在基座上，電路板之間通過接插件或電纜連接。采用高精度A/D模塊對MEMS傳感器的輸出及其供電電壓進行采樣，并通過監控供電電壓的波動對MEMS傳感器的輸出進行實時補償，以提高姿態參考系統的精度。
文檔編號G01C21/18GK202002653SQ201020651698
公開日2011年10月5日 申請日期2010年12月10日 優先權日2010年12月10日
發明者余楊, 吉慶昌, 湯浩, 王春立, 胡向陽, 魯政 申請人:北京中兵泰克科技有限公司