专利名称：微型姿态参考系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种微型姿态参考系统，可以为载体提供惯性空间内三个轴的线加速度信息、角速度信息和规定导航坐标系内的姿态信息等。本实用新型属导航、制导与控制技术领域，可以广泛应用于航空、航天、地质勘探、工业测控、机器人、自动驾驶仪、卫星接收天线等小型载体的姿态控制等相关领域。
背景技术：
姿态参考系统可以为运载体提供线加速度信息、角速度信息、姿态信息等，当在系统中嵌入导航软件时还可以提供载体的速度和位置信息。姿态参考系统是惯性导航系统最重要的组成部分，其中用于测量线加速度和角速度的惯性敏感器件加速度计和陀螺仪又是姿态参考系统中最重要的敏感器件。微机电系统(MEMS-MicroElectro-Mechanical Systems)是上个世纪末在微电子技术的基础上发展起来的，它利用硅微加工、电镀模板复制(LIGA)和精密机械加工等多种微加工技术，并应用现代信息技术构成的集微型机构、微型传感器、微型执行器及信号处理和控制电路、通讯接口和电源等于一体的智能微型器件或系统。用MEMS技术制造惯性敏感器件，只有手指甲大小，并且可以做成贴片式结构直接焊接到电路板上，颠覆了传统惯性敏感器件的体积概念。利用MEMS惯性敏感器件组成的惯性测量装置，如姿态参考系统，其体积小，重量轻，功耗低，受到越来越多的重视，成为导航、制导与控制技术领域发展的一个新方向。此类产品在美国军用和民用领域都得到了广泛的应用，而我国由于起步较晚，再加上MEMS惯性敏感器件精度低的限制，在应用上还和发达国家相距甚远。如何利用低精度的 MEMS惯性敏感器件，达到精度较高的惯性测量装置就成了一个需要克服的重大难题。本实用新型选用低精度的MEMS惯性敏感器件(MEMS加速度计和MEMS陀螺仪)，利用结构设计、 电路设计、软件补偿、特殊选取等方式，研制出了微型姿态参考系统，满足了较高精度应用条件的需求。
发明内容本实用新型的目的是提供一种体积小、重量轻、低成本、精度高、便于应用的姿态参考系统。本实用新型采用普遍应用的IOV 40V直流供电，标准RS232串行通讯接口。本实用新型集MEMS传感器技术、高精度数字化数据采集与存储、处理及结构设计为一体，能够提供运动载体在惯性空间内三个轴的线加速度信息、转动角速度信息和规定导航坐标系的姿态信息，另外可在CPU中嵌入导航算法，输出运动载体的速度和位置信息。本实用新型的结构由基座和外壳组成。3轴MEMS加速度计、3轴MEMS陀螺仪、DC/ DC电源模块、A/D模块、CPU组合模块和串行通信模块等通过电路板安装在基座上，电路板之间通过接插件或电缆连接，并由紧固件固定。安装方式实现了 3个加速度传感器和3个角速度传感器的同轴性，提高了姿态参考系统的精度。[0008]本实用新型在硬件设计上通过高精度A/D模块对2种MEMS传感器输出及其供电电压的变化进行采样，利用供电电压的波动实时补偿2种MEMS传感器输出，克服了低成本 MEMS传感器的性能随供电电压的波动而降低的缺点，提高了姿态参考系统的输出精度。另外考虑到方位角在没有外界信息辅助的情况下处于发散状态，本实用新型的方位轴向上使用了高精度的陀螺仪，从而抑制了方位角由于陀螺仪的零位漂移而引起发散。本实用新型主要用于导航、制导与控制技术领域运动载体的角速度和姿态控制。

附图1是本实用新型微型姿态参考系统的内部结构示意图。附图2是本实用新型微型姿态参考系统的左视图。附图3是本实用新型微型姿态参考系统的俯视图。
具体实施方式
微型姿态参考系统由基座(8)、外壳(7)及内部电路组成。MEMS加速度计和MEMS陀螺仪惯性敏感器件分别通过电路板⑴、电路板(2)和电路板⑶分别安装在基座⑶上，安装基座⑶保证了电路板(1)、电路板⑵和电路板⑶ 的正交安装。在电路板(4)上集成有DC/DC电源模块、CPU组合模块和串行通信模块。DC/DC电源模块为整个姿态参考系统的电路部分提供所需要的工作电压，CPU模块则负责数据的采集与处理，串行通信模块实现了姿态参考系统和外部设备之间的相互通讯。在电路板(3)上集成有高精度A/D模块，用于采集来自电路板⑴和电路板(2) 上的传感器输出信号及传感器(5)的输出信号。高精度A/D模块对MEMS传感器的输出及其供电电压进行采样，并通过监控供电电压的波动对MEMS传感器的输出进行实时补偿，以提高姿态参考系统的精度。电路板⑴、电路板⑵、电路板(3)和电路板(4)之间通过接插件或电缆连接，并由紧固件固定到基座(8)上。线缆(10)为对外接口电缆，用于电源供给和数据传输，姿态参考系统采用通用的 IOV 40V的直流电源进行供电，通过标准RS232串行通讯接口进行外部通信。外壳(7)通过螺钉紧固在安装基座⑶上，外壳(7)上粘贴标签(9)。微型姿态参考系统的外形尺寸不大于80mmX60mmX50mm，质量不大于100g。
权利要求1.一种微型姿态参考系统，由基座(8)及外壳(7)组成；3轴相互正交的MEMS加速度计、3轴相互正交的MEMS陀螺仪，DC/DC电源模块，A/D模块，CPU组合模块和串行通信模块等通过电路板(1)、电路板O)、电路板⑶和电路板⑷分别安装在基座⑶上，电路板之间通过接插件或电缆连接并由紧固件固定。
2.根据权利要求1所述的微型姿态参考系统，其特征是外形尺寸不大于80讓X60讓X 50讓， 质量不大于100g。
3.根据权利要求1所述的微型姿态参考系统，其特征是选用MEMS加速度计和MEMS陀螺仪惯性敏感器件，并通过电路板(1)、电路板( 和电路板C3)分别安装在基座(8)上。
4.根据权利要求1所述的微型姿态参考系统，其特征是安装基座(8)保证了电路板 (1)、电路板⑵和电路板(3)的正交安装。
5.根据权利要求1所述的微型姿态参考系统，其特征是电路板(1)、电路板O)、电路板 (3)和电路板(4)之间通过接插件或电缆连接，并由紧固件固定到基座(8)上。
6.根据权利要求1所述的微型姿态参考系统，其特征是采用高精度A/D模块对MEMS传感器的输出及其供电电压进行采样，并通过监控供电电压的波动对MEMS传感器的输出进行实时补偿。
专利摘要微型姿态参考系统属导航、制导与控制技术领域。本实用新型由基座、外壳和内部电路组成，3轴相互正交的MEMS加速度计、3轴相互正交的MEMS陀螺仪、DC/DC电源模块、A/D模块、CPU组合模块和串行通信模块等通过电路板分别安装在基座上，电路板之间通过接插件或电缆连接。采用高精度A/D模块对MEMS传感器的输出及其供电电压进行采样，并通过监控供电电压的波动对MEMS传感器的输出进行实时补偿，以提高姿态参考系统的精度。
文档编号G01C21/18GK202002653SQ201020651698
公开日2011年10月5日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者余杨, 吉庆昌, 汤浩, 王春立, 胡向阳, 鲁政 申请人:北京中兵泰克科技有限公司