專利名稱：手持慣性導(dǎo)航儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種慣性導(dǎo)航設(shè)備，特別是手持式的慣性導(dǎo)航儀。
背景技術(shù)：
手持導(dǎo)航產(chǎn)品包括帶有GPS模塊的手機(jī)和平板電腦，用衛(wèi)星定位導(dǎo)航，提供定位信息和速度信息，未能提供姿態(tài)信息；手持慣性導(dǎo)航設(shè)備目前還很少，大多數(shù)是車載、船載和機(jī)載等固定載體上的導(dǎo)航設(shè)備，通過價(jià)格昂貴的慣性測量單元頂U(kuò)dnertialMeasurement Unit)來解算導(dǎo)航,提供定位、速度、姿態(tài)信息,單由于慣性器件的原因會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的發(fā)散，長時(shí)間精度會(huì)減低
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種手持慣性導(dǎo)航儀，它具有輕便、移動(dòng)、低功耗、可視、廉價(jià)、隱蔽、小巧的優(yōu)點(diǎn)，使用精簡而可靠。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是它包括水平傳感器、磁北傳感器、高度傳感器、慣性測量單元IMU、RAM9主板、帶有wince嵌入式操作系統(tǒng)平臺的ARM9處理器、觸摸屏和鋰電池，所述水平傳感器輸出的傾角結(jié)合慣性測量單元IMU解算的傾角得到一個(gè)橫搖偏差S R和一個(gè)縱搖偏差δ P，經(jīng)過卡爾曼濾波后，得到一個(gè)穩(wěn)定偏差反饋給慣性測量單元IMU ;所述磁北傳感器輸出的航向角結(jié)合慣性測量單元IMU解算的航向角得到一個(gè)航向偏差δ Y，經(jīng)過卡爾曼濾波后，得到一個(gè)穩(wěn)定的航向角偏差，反饋給慣性測量單元IMU ;所述高度傳感器輸出的高度結(jié)合慣性測量單元IMU解算的高度得到一個(gè)高度差δ H，經(jīng)過卡爾曼濾波后，得到一個(gè)穩(wěn)定高度偏差，反饋給慣性測量單元IMU ;處理校正后的數(shù)據(jù)，在慣性坐標(biāo)系下的微機(jī)電系統(tǒng)MEMS的數(shù)學(xué)模型完成載體姿態(tài)、速度、位置信息的解算，以此來提聞系統(tǒng)的精度。本發(fā)明具有輕便、移動(dòng)、低功耗、可視、廉價(jià)、隱蔽、小巧的優(yōu)點(diǎn)，使用精簡而可靠。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖I為本發(fā)明方塊圖；圖2為本發(fā)明軟件方塊圖；圖3為本發(fā)明工作原理圖。
具體實(shí)施例方式如圖1、2所示，本發(fā)明包括水平傳感器、磁北傳感器、高度傳感器、慣性測量單元IMU、RAM9主板、帶有wince嵌入式操作系統(tǒng)平臺的ARM9處理器、觸摸屏和鋰電池，所述水平傳感器輸出的傾角結(jié)合慣性測量單元IMU解算的傾角得到一個(gè)橫搖偏差δ R和一個(gè)縱搖偏差δ P，經(jīng)過卡爾曼(Kalman)濾波后，得到一個(gè)穩(wěn)定偏差反饋給慣性測量單元MU ;所述磁北傳感器輸出的航向角結(jié)合慣性測量單元MU解算的航向角得到一個(gè)航向偏差δ Y，經(jīng)過卡爾曼濾波后，得到一個(gè)穩(wěn)定的航向角偏差，反饋給慣性測量單元IMU ;所述高度傳感器輸出的高度結(jié)合慣性測量單元IMU解算的高度得到一個(gè)高度差δ H，經(jīng)過卡爾曼濾波后，得到一個(gè)穩(wěn)定高度偏差，反饋給慣性測量單元IMU ;處理校正后的數(shù)據(jù)，在慣性坐標(biāo)系下的微機(jī)電系統(tǒng)MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)的數(shù)學(xué)模型完成載體姿態(tài)、速度、位置信息的解算，以此來提高系統(tǒng)的精度。所述的慣性測量單元IMU包括陀螺儀與加速計(jì)，陀螺儀輸出角速度，為了獲得設(shè)備的航向角，需要對角速度進(jìn)行一次積分，得到一個(gè)角度變化量。由于系統(tǒng)以固定頻率進(jìn)行采樣，其積分節(jié)點(diǎn)是等距的，因此可 以采用等距節(jié)點(diǎn)的Newton-Cotes公式積分。對于系統(tǒng)模型不準(zhǔn)及系統(tǒng)隨機(jī)量統(tǒng)計(jì)不穩(wěn)的情況，設(shè)計(jì)了穩(wěn)定的、均方誤差預(yù)測局部最小的自適應(yīng)擴(kuò)展Kalman濾波算法。此算法不需要過去全部觀測數(shù)據(jù)，它只是根據(jù)前一個(gè)估計(jì)值和最近一個(gè)觀測數(shù)據(jù)來估計(jì)信號的當(dāng)前值，計(jì)算量小，實(shí)時(shí)性好；得到系統(tǒng)參數(shù)后，即可在參數(shù)不變情況下對之后所檢測的信號進(jìn)行濾波，具有很好的自適應(yīng)性。工作原理由ARM9系統(tǒng)采集MEMS慣性測量單元(MU)、水平傳感器、磁北傳感器和高度傳感器的數(shù)據(jù)，對其數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、補(bǔ)償處理后，根據(jù)慣性坐標(biāo)系下的MEMS系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型完成載體姿態(tài)、速度、位置等信息的解算，其機(jī)械編排如圖3所示。
權(quán)利要求
1.一種手持式慣性導(dǎo)航儀，其特征在于它包括水平傳感器、磁北傳感器、高度傳感器、慣性測量單元IMU、RAM9主板、帶有wince嵌入式操作系統(tǒng)平臺的ARM9處理器、觸摸屏和鋰電池，所述水平傳感器輸出的傾角結(jié)合慣性測量單元IMU解算的傾角得到一個(gè)橫搖偏差SR和一個(gè)縱搖偏差δ P，經(jīng)過卡爾曼濾波后，得到一個(gè)穩(wěn)定偏差反饋給慣性測量單元IMU ;所述磁北傳感器輸出的航向角結(jié)合慣性測量單元IMU解算的航向角得到一個(gè)航向偏差δ Y，經(jīng)過卡爾曼濾波后，得到一個(gè)穩(wěn)定的航向角偏差，反饋給慣性測量單元IMU ;所述高度傳感器輸出的高度結(jié)合慣性測量單元IMU解算的高度得到一個(gè)高度差δ H，經(jīng)過卡爾曼濾波后，得到一個(gè)穩(wěn)定高度偏差，反饋給慣性測量單元IMU ;處理校正后的數(shù)據(jù)，在慣性坐標(biāo)系下的微機(jī)電系統(tǒng)MEMS的數(shù)學(xué)模型完成載體姿態(tài)、速度、位置信息的解算，以此來提高系統(tǒng)的精度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種手持式慣性導(dǎo)航儀。它包括水平傳感器、磁北傳感器、高度傳感器、慣性測量單元IMU、RAM9主板、帶有wince嵌入式操作系統(tǒng)平臺的ARM9處理器、觸摸屏和鋰電池，所述水平傳感器輸出橫搖偏差δR和縱搖偏差δP；所述磁北傳感器輸出航向偏差δY；所述高度傳感器輸出的高度結(jié)合慣性測量單元IMU解算的高度得到一個(gè)高度差δH，經(jīng)過卡爾曼濾波后，得到一個(gè)穩(wěn)定高度偏差，反饋給慣性測量單元IMU；處理校正后的數(shù)據(jù)，在慣性坐標(biāo)系下的微機(jī)電系統(tǒng)MEMS的數(shù)學(xué)模型完成載體姿態(tài)、速度、位置信息的解算。具有輕便、移動(dòng)、低功耗、可視、廉價(jià)、隱蔽、小巧的優(yōu)點(diǎn)，使用精簡而可靠。
文檔編號G01C21/16GK102967312SQ20121052541
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者牛躍, 袁志毅 申請人:河北漢光重工有限責(zé)任公司