專利名稱：一種捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于導(dǎo)航技術(shù)測量領(lǐng)域，涉及一種捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)從上世紀60年代初得到成熟的探索，尤其在1969年，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)作為“阿波羅”-13號登月飛船的應(yīng)急備份裝置，在其服務(wù)艙發(fā)生爆炸時將飛船成功的引導(dǎo)到返回地球的軌道上時起到了決定性的作用，成為捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)展中的一個里程碑。從本世紀七十年代以來，在慣性傳感器及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)方面又取得了長足的進步，成功的研制了各種類型的慣性傳感器(如激光陀螺、光纖陀螺、動態(tài)調(diào)諧陀螺等)，并得到了廣泛的應(yīng)用。在系統(tǒng)技術(shù)方面，捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)也得到了極大的發(fā)展，除了精度要求比較高的戰(zhàn)略應(yīng)用(戰(zhàn)略導(dǎo)彈、戰(zhàn)略核潛艇)之外，捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)幾乎取代了所有的平臺式慣導(dǎo)系統(tǒng)。據(jù)資料報道，美國軍用慣導(dǎo)系統(tǒng)1984年前全部為平臺慣導(dǎo)，到1989年一半改為捷聯(lián)慣導(dǎo)，1994年捷聯(lián)式已經(jīng)占有90％。
目前用于旋轉(zhuǎn)彈的捷聯(lián)慣性組合，由于缺少敏感高速橫滾角速率的陀螺儀，都在采取各種方法避免使捷聯(lián)慣性測量單元承受彈體的旋轉(zhuǎn)環(huán)境。如美國為首的5國正在聯(lián)合研制的GMLRS227mm遠程制導(dǎo)火箭彈，為了避免慣性測量單元承受旋轉(zhuǎn)環(huán)境，采取了增加一個滑動軸承，隔離發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)，通過空氣舵使制導(dǎo)艙保持傾斜穩(wěn)定。這種方式的缺點是系統(tǒng)復(fù)雜、增加了無效重量，犧牲了一部分舵資源。美國正在研究能夠測量范圍達3600°/s、標度因數(shù)誤差小于5PPM的角速率陀螺儀，但是成本問題也難以在短期內(nèi)得到解決。


發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種新的捷聯(lián)慣性組合系統(tǒng)，其目的在于解決對轉(zhuǎn)速在10r/s～20r/s的旋轉(zhuǎn)彈下的姿態(tài)測量，能實時解算旋轉(zhuǎn)彈的姿態(tài)，具有很強的環(huán)境適用性，以有效解決現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)彈的制導(dǎo)改造需要。
本發(fā)明提供了一種捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)，兩只單軸角速率微機械陀螺、一個雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元、第一解算模塊、第二解算模塊、信號調(diào)理模塊、采集模塊、輸出模塊和供電模塊以捷聯(lián)方式直接固連在彈體上；微機械陀螺與雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元相互正交； 供電模塊，用于為兩只單軸角速率微機械陀螺、一個雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元、第一解算模塊、第二解算模塊、信號調(diào)理模塊、采集模塊和輸出模塊供電； 信號調(diào)理模塊，用于接收單軸角速率微機械陀螺輸出的角速率信號并進行濾波和放大；用于接收雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元輸出的正弦信號并進行濾波和放大； 采集模塊，用于對信號調(diào)理模塊調(diào)理后的單軸角速率微機械陀螺輸出的角速率信號和雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元輸出的正弦信號進行模/數(shù)變換，并將模/數(shù)變換后的正弦信號發(fā)送至第一解算模塊，將模/數(shù)變換后的角速率信號輸出至第二解算模塊； 第一解算模塊，用于根據(jù)模/數(shù)變換后的正弦信號解算滾轉(zhuǎn)角γ以及滾轉(zhuǎn)角速率ωx； 第二解算模塊，用于根據(jù)模/數(shù)變換后的角速率信號和第一解算模塊發(fā)送的滾轉(zhuǎn)角速率ωx解算方位角ψ和俯仰角θ； 輸出模塊，用于輸出滾轉(zhuǎn)角γ、方位角ψ和俯仰角θ。
第一解算模塊根據(jù)以下公式解算滾轉(zhuǎn)角 當Hy＞0時，γ＝90-[arctan(Hz/Hy)]×180/π； 當Hy＜0時，γ＝270-[arctan(Hz/Hy)]×180/π； 當Hy＝0且Z＜0時，γ＝180； 當Hy＝0且Z＞0時，γ＝0； 其中，Hy和Hz分別為地磁敏感雙軸信號。
第二解算模塊根據(jù)以下方法解算方位角ψ和俯仰角θ 根據(jù)公式得到四元數(shù)q0，q1，q2，q3； 將游動方位坐標系與彈體坐標系的方向余弦矩陣式為等效為四元數(shù)姿態(tài) 矩陣 θ＝arcsin(T32) 根據(jù)公式ψab＝arctg(-T12/T22)得到方位角ψ和俯仰角θ； ψ＝ψab-α 其中，α為初始方位，ωy和ωz分別為兩只單軸角速率微機械陀螺測得的角速率信號進行模/數(shù)變換后的角速率信號。
雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元由雙軸磁阻芯片實現(xiàn)。
信號調(diào)理模塊由巴特沃斯濾波器和儀表放大器組成。
捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)還包括相互正交的三只微機械加速度計； 信號調(diào)理模塊，還用于接收微機械加速度計輸出的加速度信號并進行濾波和放大； 采集模塊，還用于對信號調(diào)理模塊調(diào)理后的微機械加速度計輸出的加速度信號進行模/數(shù)變換，并將模/數(shù)變換后的加速度信號輸出至第二解算模塊； 供電模塊，還用于為微機械加速度計供電。
捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)具有外殼、第一層框架板、第二層框架板和第三層框架板； 雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元單獨灌封成整體安裝在第三層框架板上； 單軸角速率微機械陀螺和微機械加速度計灌封成整體，調(diào)整好交叉耦合后，安裝在第二框架板上；供電模塊安裝在第二框架板上； 第一解算模塊、第二解算模塊、信號調(diào)理模塊、采集模塊和輸出模塊安裝在第一層框架板上； 外殼上設(shè)置有安裝座，通過安裝孔與彈體固定連接。
外殼、第一層框架板、第二層框架板和第三層框架板均由無磁鋁構(gòu)成。
雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元與第三層框架板之間墊有阻尼片； 單軸角速率微機械陀螺和微機械加速度計與第二框架板之間墊有阻尼片；供電模塊與第二框架板之間墊有阻尼片； 第一解算模塊、第二解算模塊、信號調(diào)理模塊、采集模塊和輸出模塊與第一層框架板之間墊有阻尼片。
雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元輸出的正弦信號直接輸入采集單元。
本發(fā)明提供了一種捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)的工作方法，包括 步驟S1，信號調(diào)理模塊接收單軸角速率微機械陀螺輸出的角速率信號并進行濾波和放大，以及接收雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元輸出的正弦信號并進行濾波和放大； 步驟S2，采集模塊對信號調(diào)理模塊調(diào)理后的單軸角速率微機械陀螺輸出的角速率信號和雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元輸出的正弦信號進行模/數(shù)變換，并將雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元輸出的正弦信號發(fā)送至第一解算模塊，模/數(shù)變換將單軸角速率微機械陀螺輸出的角速率信號輸出至第二解算模塊； 步驟S3，第一解算模塊根據(jù)模/數(shù)變換后的正弦信號解算滾轉(zhuǎn)角γ以及滾轉(zhuǎn)角速率ωx； 步驟S4，第二解算模塊根據(jù)模/數(shù)變換后的角速率信號和第一解算模塊發(fā)送的滾轉(zhuǎn)角速率ωx解算方位角ψ和俯仰角θ； 步驟S5，輸出模塊輸出滾轉(zhuǎn)角γ、方位角ψ和俯仰角θ； 捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)中的兩只單軸角速率微機械陀螺、一個雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元、第一解算模塊、第二解算模塊、信號調(diào)理模塊、采集模塊、輸出模塊和供電模塊以捷聯(lián)方式直接固連在彈體上；微機械陀螺與雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元相互正交； 供電模塊為兩只單軸角速率微機械陀螺、一個雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元、第一解算模塊、第二解算模塊、信號調(diào)理模塊、采集模塊和輸出模塊供電。
步驟S3中，第一解算模塊根據(jù)以下公式解算滾轉(zhuǎn)角 當Hy＞0時，γ＝90-[arctan(Hz/Hy)]×180/π； 當Hy＜0時，γ＝270-[arctan(Hz/Hy)]×180/π； 當Hy＝0且Z＜0時，γ＝180； 當Hy＝0且Z＞0時，γ＝0； 其中，Hy和Hz分別為地磁敏感雙軸信號。
步驟S4中，第二解算模塊根據(jù)以下方法解算方位角ψ和俯仰角θ 根據(jù)公式得到四元數(shù)q0，q1，q2，q3； 將游動方位坐標系與彈體坐標系的方向余弦矩陣式為等效為四元數(shù)姿態(tài) 矩陣 θ＝arcsin(T32) 根據(jù)公式ψab＝arctg(-T12/T22)得到方位角ψ和俯仰角θ； ψ＝ψab-α 其中，α為初始方位，ωy和ωz分別為兩只單軸角速率微機械陀螺測得的角速率信號進行模/數(shù)變換后的角速率信號。
雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元由雙軸磁阻芯片實現(xiàn)。
信號調(diào)理模塊由巴特沃斯濾波器和儀表放大器組成。
捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)還包括相互正交的三只微機械加速度計； 步驟S1中，信號調(diào)理模塊還接收微機械加速度計輸出的加速度信號并進行濾波和放大； 步驟S2中，采集模塊還對信號調(diào)理模塊調(diào)理后的微機械加速度計輸出的加速度信號進行模/數(shù)變換，并將模/數(shù)變換后的加速度信號輸出至第二解算模塊； 供電模塊，還用于為微機械加速度計供電。
捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)具有外殼、第一層框架板、第二層框架板和第三層框架板； 雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元單獨灌封成整體安裝在第三層框架板上； 單軸角速率微機械陀螺和微機械加速度計灌封成整體，調(diào)整好交叉耦合后，安裝在第二框架板上；供電模塊安裝在第二框架板上； 第一解算模塊、第二解算模塊、信號調(diào)理模塊、采集模塊和輸出模塊安裝在第一層框架板上； 外殼上設(shè)置有安裝座，通過安裝孔與彈體固定連接。
外殼、第一層框架板、第二層框架板和第三層框架板均由無磁鋁構(gòu)成。
雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元與第三層框架板之間墊有阻尼片； 單軸角速率微機械陀螺和微機械加速度計與第二框架板之間墊有阻尼片；供電模塊與第二框架板之間墊有阻尼片； 第一解算模塊、第二解算模塊、信號調(diào)理模塊、采集模塊和輸出模塊與第一層框架板之間墊有阻尼片。
雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元輸出的正弦信號直接輸入采集單元。
本發(fā)明可以實現(xiàn)如下有益效果1)體積小，抗高過載沖擊；2)對于橫滾角速率的測量不再使用原有的角速率陀螺，而是直接使用地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元來解算旋轉(zhuǎn)彈的橫滾角及橫滾角速率，由于可以直接獲取橫滾角位置，從而避免了由積分獲取位置量所帶來的積分積累誤差。解算裝置通過所測的橫滾角及橫滾角速率來完成對其它姿態(tài)信號的解旋測量。



圖1是磁慣性組合系統(tǒng)各模塊結(jié)構(gòu)圖； 圖2是磁慣性組合系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是磁慣性組合的產(chǎn)品圖； 圖4是利用地磁敏感雙軸信號來解算滾轉(zhuǎn)角的坐標示意圖； 圖5是坐標系的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系示意圖； 圖6是磁慣性組合系統(tǒng)的工作流程示意圖。

具體實施例方式 本發(fā)明的磁慣性組合系統(tǒng)是按照如下的技術(shù)方案實施的主要由兩只單軸角速率微機械陀螺、三只微機械加速度計、一個雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元、彈載計算機及電源電路以捷聯(lián)方式直接固連在結(jié)構(gòu)本體上。所有元器件，MEMS傳感器都采用固體芯片，分層通過阻尼片裝在板級上，利用阻尼膠灌封在殼體內(nèi)，成為整體。工作流程裝訂旋轉(zhuǎn)彈的射向、所處當?shù)卮艃A角、磁偏角，隨著彈體的轉(zhuǎn)動，地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元獲取正弦變化的磁信號，然后根據(jù)這些裝訂參數(shù)，解算出主軸的滾轉(zhuǎn)角和滾轉(zhuǎn)速率。俯仰軸和偏航軸的速率可由安裝在對應(yīng)軸上的兩只單軸角速率微機械陀螺測出，然后通過解旋計算所得。類似的三軸加速度可由正交安裝的三只微機械加速度計所測的。
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明做進一步的詳細描述。
圖1給出了本發(fā)明的系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖。它包括雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元1，MEMS(微機電系統(tǒng))陀螺2，MEMS加速度計3，信號調(diào)理模塊4，采集模塊5，單片機解算模塊6，DSP姿態(tài)解算模塊7和輸出模塊8。雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元1由雙軸磁阻傳感器及其配套的信號處理電路組成。MEMS陀螺2由單軸微機械陀螺組成。MEMS加速度計3由三軸正交的微機械加速度計組成。信號調(diào)理模塊4為差分放大電路和四階巴特沃斯低通濾波器構(gòu)成，濾波器截止頻率100H。采集模塊5由高速ADC板構(gòu)成，它是12通道，采樣精度16bit，單路采樣速率50KHz的ADC板。單片計算機解算模塊6中的單片計算機是采用Cygnal公司的C8051F020，最高運行頻率可達到25MHz，同時具有比較大的FLASH和RAM。DSP姿態(tài)解算模塊7采用TI公司的DSP芯片TMS320F2801及電源芯片TPS70151。輸出模塊8主要由串口芯片Max3488組成。電源模塊9采用DC-DC模塊和78系列穩(wěn)壓芯片為系統(tǒng)提供3.3V，5V，15V等電壓。其中滾轉(zhuǎn)角、滾轉(zhuǎn)速率解算程序裝載在單片計算機解算模塊中，姿態(tài)解算算法裝載在DSP姿態(tài)解算模塊7中。
圖1中的MEMS加速度計并不是本發(fā)明必須的模塊，MEMS加速度計測得的信號經(jīng)過調(diào)理和采集之后輸入DSP姿態(tài)解算模塊并處理后，由輸出模塊輸出，它主要是用來為后續(xù)的導(dǎo)航提供依據(jù)。
工作時，由彈上電源通過供電模塊9供電，利用雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量模塊1對地磁場進行敏感，利用MEMS陀螺2和MEMS加速度計3對轉(zhuǎn)動速率和三軸及加速度進行敏感，隨著彈體的轉(zhuǎn)動，輸出正弦的敏感信號，這些敏感信號經(jīng)過信號調(diào)理模塊4，經(jīng)過采集模塊5進行AD采樣，分別輸出給單片計算解算模塊7和DSP解算模塊8進行三個姿態(tài)角的解算，最后通過輸出模塊8輸出給后續(xù)的控制系統(tǒng)，進行慣性制導(dǎo)。
圖1中滾轉(zhuǎn)角測量單元用于測出隨彈體滾轉(zhuǎn)變化的雙軸正弦信號，它是采用雙軸磁阻芯片HMC1022芯片實現(xiàn)的。
信號調(diào)理模塊4主要用于信號濾波和放大，它可以采用二到四階巴特沃斯濾波器進行濾波，能很好的濾除100Hz以上的干擾信號。同時利用儀表放大器對濾波后的信號進行放大，以供給采集模塊5。
采集模塊5是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，把地磁信號提供給單片機解算模塊，陀螺信號和加速度信號提供給DSP姿態(tài)解算模塊。
單片機解算模塊利用地磁敏感雙軸信號來解算滾轉(zhuǎn)角，具體方法如下 如圖4所示設(shè)地磁敏感雙軸信號為Hy，Hz，當傳感器位于不同滾轉(zhuǎn)角指向時，Hy，Hz會隨之發(fā)生變化，通過如下公式，即可解算出0°～360°的滾轉(zhuǎn)角γ。根據(jù)各個時刻解算的滾轉(zhuǎn)角γ，能實時給出滾轉(zhuǎn)角速率。
由于需要解算的滾轉(zhuǎn)角γ是在0°～360°內(nèi)，而反正切函數(shù)解算的角度范圍只有-90～90，故需要分段處理，如下式 當Hy＞0時 γ＝90-[arctan(z/y)]×180/π (1) 當Hy＜0時 γ＝270-[arctan(z/y)]×180/π(2) 當Hy＝0，Z＜0時 γ＝180 (3) 當Hy＝0，Z＞0時 γ＝0(4) 設(shè)滾轉(zhuǎn)角速率為ωx，可由如下公式得到 ωx＝dγ/dt (5) 姿態(tài)解算模塊采用游動方位坐標系的捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航數(shù)學(xué)平臺，采用四元數(shù)法與等效轉(zhuǎn)動矢量的方法進行姿態(tài)矩陣的解算以從中提取姿態(tài)角信息。
載體的姿態(tài)可用方位角ψ、俯仰角θ和滾轉(zhuǎn)角γ表示。
如圖4，游動方位坐標系與彈體坐標系的方向余弦矩陣式為 由四元法可知 由(6)可得到四元數(shù)q0，q1，q2，q3。Wy就是兩只單軸MEMS陀螺測得的角速率。
則式(5)的方向余弦矩陣可等效為四元數(shù)姿態(tài)矩陣 對式(8)實時求解q0，q1，q2，q3的值，即可實時求出俯仰角和方位角為 θ＝arcsin(T32) ψab＝arctg(-T12/T22)(9) ψ＝ψab-α 其中α為初始方位，其中滾轉(zhuǎn)角通過地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元給出。
雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量模塊1輸出的雙軸正弦信號也可以不經(jīng)過信號調(diào)理模塊4，而直接輸入到采集模塊5；其余各模塊之間的連接關(guān)系如圖1所示，同樣也可以實現(xiàn)本發(fā)明。
圖2給出了本發(fā)明磁慣性組合的內(nèi)部安裝示意圖；本發(fā)明磁慣性組合所有元器件都采用固體芯片，分裝在3層框架板10～12，每塊板級和固體芯片之間都墊有阻尼片。其中磁滾轉(zhuǎn)角測量單元1單獨灌封成整體，安裝在框架板12上，MEMS陀螺2和MEMS加速度計3灌封成整體，調(diào)整好交叉耦合后，安裝在框架板11上，框架板11的富余空間上安裝供電模塊9，計算機模塊包括單片計算機解算模塊6，DSP姿態(tài)解算模塊7，安裝在框架板10上。其中采集模塊，信號調(diào)理模塊和輸出模塊也安裝在框架板10上。殼體13有安裝座，通過安裝孔14與彈體固定連接，殼體上有坐標線及產(chǎn)品編號(圖中未畫出)，整個殼體7和框架板10～12都是采用無磁鋁構(gòu)成。
圖3給出了本發(fā)明磁慣性組合產(chǎn)品外觀圖。
整個系統(tǒng)設(shè)計采用模塊化處理，各個模塊功能單一，方便調(diào)試。
圖6是本發(fā)明提供的磁慣性組合系統(tǒng)的工作流程示意圖，包括 步驟601，信號調(diào)理模塊接收單軸角速率微機械陀螺輸出的角速率信號并進行濾波和放大，以及接收雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元輸出的正弦信號并進行濾波和放大； 步驟602，采集模塊對信號調(diào)理模塊調(diào)理后的單軸角速率微機械陀螺輸出的角速率信號和雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元輸出的正弦信號進行模/數(shù)變換，并將雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元輸出的正弦信號發(fā)送至第一解算模塊，模/數(shù)變換將單軸角速率微機械陀螺輸出的角速率信號輸出至第二解算模塊； 步驟603，第一解算模塊根據(jù)模/數(shù)變換后的正弦信號解算滾轉(zhuǎn)角γ以及滾轉(zhuǎn)角速率ωx； 步驟604，第二解算模塊根據(jù)模/數(shù)變換后的角速率信號和第一解算模塊發(fā)送的滾轉(zhuǎn)角速率ωx解算方位角ψ和俯仰角θ； 步驟605，輸出模塊輸出滾轉(zhuǎn)角γ、方位角ψ和俯仰角θ。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離權(quán)利要求書確定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，還可以對以上內(nèi)容進行各種各樣的修改。因此本發(fā)明的范圍并不僅限于以上的說明，而是由權(quán)利要求書的范圍來確定的。
權(quán)利要求
1.一種捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)，其特征在于，兩只單軸角速率微機械陀螺、一個雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元、第一解算模塊、第二解算模塊、信號調(diào)理模塊、采集模塊、輸出模塊和供電模塊以捷聯(lián)方式直接固連在彈體上；微機械陀螺與雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元相互正交；
供電模塊，用于為兩只單軸角速率微機械陀螺、一個雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元、第一解算模塊、第二解算模塊、信號調(diào)理模塊、采集模塊和輸出模塊供電；
信號調(diào)理模塊，用于接收單軸角速率微機械陀螺輸出的角速率信號并進行濾波和放大；用于接收雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元輸出的正弦信號并進行濾波和放大；
采集模塊，用于對信號調(diào)理模塊調(diào)理后的單軸角速率微機械陀螺輸出的角速率信號和雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元輸出的正弦信號進行模/數(shù)變換，并將模/數(shù)變換后的正弦信號發(fā)送至第一解算模塊，將模/數(shù)變換后的角速率信號輸出至第二解算模塊；
第一解算模塊，用于根據(jù)模/數(shù)變換后的正弦信號解算滾轉(zhuǎn)角γ以及滾轉(zhuǎn)角速率ωx；
第二解算模塊，用于根據(jù)模/數(shù)變換后的角速率信號和第一解算模塊發(fā)送的滾轉(zhuǎn)角速率ωx解算方位角ψ和俯仰角θ；
輸出模塊，用于輸出滾轉(zhuǎn)角γ、方位角ψ和俯仰角θ。
2.如權(quán)利要求1所述的捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)，其特征在于，第一解算模塊根據(jù)以下公式解算滾轉(zhuǎn)角
當Hy＞0時，γ＝90-[arctan(Hz/Hy)]×180/π；
當Hy＜0時，γ＝270-[arctan(Hz/Hy)]×180/π；
當Hy＝0且Z＜0時，γ＝180；
當Hy＝0且Z＞0時，γ＝0；
其中，Hy和Hz分別為地磁敏感雙軸信號。
3.如權(quán)利要求2所述的捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)，其特征在于，第二解算模塊根據(jù)以下方法解算方位角ψ和俯仰角θ
根據(jù)公式得到四元數(shù)q0，q1，q2，q3；
將游動方位坐標系與彈體坐標系的方向余弦矩陣式為等效為四元數(shù)姿態(tài)矩陣
θ＝arcsin(T32)
根據(jù)公式ψab＝arctg(-T12/T22)得到方位角ψ和俯仰角θ；
ψ=ψab-α
其中，α為初始方位，ωy和ωz分別為兩只單軸角速率微機械陀螺測得的角速率信號進行模/數(shù)變換后的角速率信號。
4.如權(quán)利要求1所述的捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)，其特征在于，雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元由雙軸磁阻芯片實現(xiàn)。
5.如權(quán)利要求1所述的捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)，其特征在于，信號調(diào)理模塊由巴特沃斯濾波器和儀表放大器組成。
6.如權(quán)利要求1所述的捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)，其特征在于，捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)還包括相互正交的三只微機械加速度計；
信號調(diào)理模塊，還用于接收微機械加速度計輸出的加速度信號并進行濾波和放大；
采集模塊，還用于對信號調(diào)理模塊調(diào)理后的微機械加速度計輸出的加速度信號進行模/數(shù)變換，并將模/數(shù)變換后的加速度信號輸出至第二解算模塊；
供電模塊，還用于為微機械加速度計供電。
7.如權(quán)利要求6所述的捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)，其特征在于，捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)具有外殼、第一層框架板、第二層框架板和第三層框架板；
雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元單獨灌封成整體安裝在第三層框架板上；
單軸角速率微機械陀螺和微機械加速度計灌封成整體，調(diào)整好交叉耦合后，安裝在第二框架板上；供電模塊安裝在第二框架板上；
第一解算模塊、第二解算模塊、信號調(diào)理模塊、采集模塊和輸出模塊安裝在第一層框架板上；
外殼上設(shè)置有安裝座，通過安裝孔與彈體固定連接。
8.如權(quán)利要求7所述的捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)，其特征在于，外殼、第一層框架板、第二層框架板和第三層框架板均由無磁鋁構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求7所述的捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)，其特征在于，
雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元與第三層框架板之間墊有阻尼片；
單軸角速率微機械陀螺和微機械加速度計與第二框架板之間墊有阻尼片；供電模塊與第二框架板之間墊有阻尼片；
第一解算模塊、第二解算模塊、信號調(diào)理模塊、采集模塊和輸出模塊與第一層框架板之間墊有阻尼片。
10.如權(quán)利要求7所述的捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)，其特征在于，雙軸地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元輸出的正弦信號直接輸入采集單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種捷聯(lián)磁慣性組合系統(tǒng)；該系統(tǒng)中信號調(diào)理模塊對角速率信號和正弦信號進行濾波和放大；采集模塊對信號調(diào)理模塊調(diào)理后的角速率信號和正弦信號進行模/數(shù)變換，并將正弦信號發(fā)送至第一解算模塊，將角速率信號輸出至第二解算模塊；第一解算模塊根據(jù)正弦信號解算滾轉(zhuǎn)角γ以及滾轉(zhuǎn)角速率ωx；第二解算模塊根據(jù)角速率信號和滾轉(zhuǎn)角速率ωx解算方位角ψ和俯仰角θ；輸出模塊，用于輸出滾轉(zhuǎn)角γ、方位角ψ和俯仰角θ。本發(fā)明對于橫滾角速率的測量不再使用原有的角速率陀螺，而是直接使用地磁滾轉(zhuǎn)角測量單元來解算旋轉(zhuǎn)彈的橫滾角及橫滾角速率，由于可以直接獲取橫滾角位置，從而避免了由積分獲取位置量所帶來的積分積累誤差。
文檔編號G01C21/04GK101561280SQ200910084779
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者李興城, 施國興, 楊樹興, 中 蘇 申請人:北京理工大學(xué), 北京星箭長空測控技術(shù)股份有限公司