一種用於小型無人直升機的姿態航向參考系統的製作方法
2023-05-27 21:48:36
一種用於小型無人直升機的姿態航向參考系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用於小型無人直升機的姿態航向參考系統，其包括加速度儀、陀螺儀、電子羅盤、模數轉換器、單片機和嵌入式計算機，其中，加速度儀、陀螺儀、電子羅盤均採用微電子機械系統器件，且信號輸出端分別與模數轉換器的信號輸入端相連，模數轉換器的信號輸出端與單片機的信號輸入端相連，單片機的信號輸出端與嵌入式計算機的信號輸入端相連；該系統體積小，質量輕，響應快，精度高。
【專利說明】一種用於小型無人直升機的姿態航向參考系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及飛機儀表技術，尤其涉及一種用於小型無人直升機的姿態航向參考系統。
【背景技術】
[0002]在現有技術中，導航技術是飛行控制的最基本問題。慣性導航系統作為一種具有自主性的導航系統已經得到了廣泛的應用，它主要由慣性測量裝置(陀螺儀和加速度計)、計算機和穩定平臺(捷聯式為「數學」平臺)組成。由陀螺和加速度計測量飛行器相對於慣性空間的角速度和線加速度，通過計算機進行導航解算，從而獲得飛行器相對於某一基準的導航參數。但在一些小型運動測量設備中，由於被測量對象本身體積和重量很小，運動測量器件的質量和體積會直接影響被測物體的實際特性；例如小型無人直升機由於執行任務的特殊性，其本身的體積和重量都很小，因而要求導航系統上應用的運動測量設備既要保證一定精度，又能儘量減小導航設備的體積和重量，以達到改善飛行器性能的目的，現有技術中的慣性導航系統還解決不了這一問題。
[0003]隨著微電子技術的發展，微電子機械系統(MEMS)器件應運而生，其具有體積微小、低功耗、質量輕、響應快、靈敏度高、成本低的優點，在運動測量領域逐步得到廣泛應用。
[0004]因此，本領域的技術人員致力於開發一種新型的可用於小型無人直升機的姿態航向參考系統，藉助MEMS器件，以克服現有的慣性導航系統不能兼顧高精度和小體積、輕重量的缺陷。
實用新型內容
[0005]有鑑於現有技術的上述缺陷，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種用於小型無人直升機的姿態航向參考系統，可以提供小型無人直升機的姿態和航向角，且體積小，質量輕，精度高。
[0006]為實現上述目的，本實用新型提供了一種用於小型無人直升機的姿態航向參考系統，包括加速度儀、陀螺儀、電子羅盤、模數轉換器、單片機和嵌入式計算機，其中，加速度儀、陀螺儀、電子羅盤均採用微電子機械系統器件，且信號輸出端分別與模數轉換器的信號輸入端相連，模數轉換器的信號輸出端與單片機的信號輸入端相連，單片機的信號輸出端與嵌入式計算機的信號輸入端相連。
[0007]優選地，模數轉換器的信號輸出端與單片機的信號輸入端之間通過同步串行接口相連；單片機的信號輸出端與嵌入式計算機的信號輸入端通過RS232接口相連。
[0008]優選地，加速度儀採用2個ANALOG DEVICES公司的ADXL202E雙軸加速度計，陀螺儀採用3個NEC-T0KIN公司的Tokin CG-16D系列單軸靜電陀螺儀，電子羅盤採用Honeywell公司的三軸磁阻傳感器HMC2003。
[0009]本實用新型的有益效果是:
[0010]採用嵌入式處理器及基於微電子機械器件(MEMS)的導航傳感器設備，結合合理的軟體、硬體設計，提高了導航系統的可靠性，同時設計了合理的信息融合算法，使得系統獲得了穩定的姿態輸出，從而提高了導航系統的精度及可靠性，滿足了實際工程中對系統提出的體積小、精度高、響應快的性能要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0012]圖2是傳感器的信息融合及濾波處理流程圖。
【具體實施方式】
[0013]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
[0014]以下結合具體附圖對本實用新型的實現進行詳細的描述。
[0015]如圖1所示，本實用新型的一具體實施例中，一種用於小型無人直升機的姿態航向參考系統包括加速度儀1、陀螺儀2、電子羅盤3、模數轉換器(英文簡寫為ADC) 4、單片機(英文簡寫為MCU) 5和嵌入式計算機6。
[0016]加速度儀1、陀螺儀2、電子羅盤3均採用微電子機械系統(英文簡寫為MEMS)器件，加速度儀1、陀螺儀2、電子羅盤3的信號輸出端分別與模數轉換器4的信號輸入端相連，模數轉換器4的信號輸出端與單片機5的信號輸入端相連，單片機5的信號輸出端與嵌入式計算機6的信號輸入端相連。模數轉換器4的信號輸出端與單片機5的信號輸入端之間通過同步串行接口(SPI)相連。單片機5的信號輸出端與嵌入式計算機6的信號輸入端通過RS232接口相連。
[0017]本實施例中，加速度儀I採用2個ANALOG DEVICES公司的ADXL202E雙軸加速度計，陀螺儀2採用3個NEC-T0KIN公司的Tokin CG-16D系列單軸靜電陀螺儀，電子羅盤3採用Honeywell公司的三軸磁阻傳感器HMC2003。
[0018]下面簡述本實用新型的一種用於小型無人直升機的姿態航向參考系統的應用:首先依據圖1構建該系統的硬體結構，再表示出機體坐標系、地水平坐標系以及小型無人直升機的姿態參數，然後進行各傳感器數據標定，完成後進入工作狀態；利用加速度計1、陀螺儀2測量小型直升機的空間三軸加速度、角速度，電子羅盤3可測量到因小型直升機航向或姿態的變化造成磁場在其各測量軸上的強度產生變化，依據這個變化來獲得小型直升機的偏航角；加速度計1、陀螺儀2及電子羅盤3採用模擬電壓輸出方式，模數轉換器4將這些模擬量轉化為數字量，通過同步串行接口(SPI)與單片機5進行數據通訊。單片機5採集到模數轉換完的數據後通過它的異步串行接口(RS232)與嵌入式計算機6通訊，最後由嵌入式計算機6依據圖2所示流程完成傳感器的信息融合及濾波處理，得到姿態航向信息。
[0019]上述的實施例僅為本實用新型的優選實施例，不能以此來限定本實用新型的權利範圍，因此，依本實用新型申請專利範圍所作的等同變化，仍屬本實用新型所涵蓋的範圍。
【權利要求】
1.一種用於小型無人直升機的姿態航向參考系統，其特徵在於:包括加速度儀(I)、陀螺儀(2)、電子羅盤(3)、模數轉換器(4)、單片機(5)和嵌入式計算機(6)，其中，所述加速度儀(I)、陀螺儀(2)、電子羅盤(3)均採用微電子機械系統器件，且信號輸出端分別與所述模數轉換器(4)的信號輸入端相連，所述模數轉換器(4)的信號輸出端與所述單片機(5)的信號輸入端相連，所述單片機(5)的信號輸出端與所述嵌入式計算機(6)的信號輸入端相連。
2.根據權利要求1所述的一種用於小型無人直升機的姿態航向參考系統，其特徵在於:所述模數轉換器(4)的信號輸出端與所述單片機(5)的信號輸入端之間通過同步串行接口相連；所述單片機(5 )的信號輸出端與所述嵌入式計算機(6 )的信號輸入端通過RS232接口相連。
3.根據權利要求1所述的一種用於小型無人直升機的姿態航向參考系統，其特徵在於:所述加速度儀(I)採用2個ANALOG DEVICES公司的ADXL202E雙軸加速度計，所述陀螺儀(2)採用3個NEC-T0KIN公司的Tokin CG-16D系列單軸靜電陀螺儀，所述電子羅盤(3)採用Honeywell公司的三軸磁阻傳感器HMC2003。
【文檔編號】G01C21/16GK203464937SQ201320566986
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年9月12日 優先權日:2013年9月12日
【發明者】張謙, 周如旗, 鄔依林 申請人:廣東第二師範學院