微型惯性测量装置

　　1引言

　　由微陀螺仪和微加速度计构成的微型惯性测量装置MIMD (micro inertial measurement device)具有体积小、重量轻、可靠性高、成本低和适应环境能力强等优点，在姿态测控、常规武器制导和其他军事及民用领域具有广阔的应用前景[1-3]，因此开展MIMD的研究工作具有十分重要的意义。本文立足于实际工程应用，在介绍微型惯性测量装置工作原理的基础上，给出了系统的软硬件实现过程。

　　2微型惯性测量装置工作原理

　　根据捷联惯性导航系统理论，确定微型惯性测量装置的工作原理框图如图1所示[2]

　　其中，用陀螺仪测量载体坐标系相对于惯性坐标系的角速度减去导航计算机计算出的导航坐标系相对于惯性坐标系的角速度则得到载体坐标系相对于导航坐标系的角速度，利用此角速度即可计算得到姿态矩阵，进而得到所需要的姿态、速度和位置等信息。

　　2. 1姿态矩阵

　　姿态矩阵是由载体坐标系与惯性坐标系方向夹角余弦组成的3X3矩阵，用来实现由载体坐标系向惯性坐标系转换，描述姿态矩阵的形式很多，本文采用四元数来描述姿态矩阵[2-3]:

　　2. 2四元数徽分方程

　　本文对四元数本身不作过多介绍，重点探讨如何根据惯性测量装置的实测值求取四元数，进而根据式(1)构造姿态矩阵。事实上，只需求解式(2)四元数微分方程便可求得四元数值[2-3]:

　　另外，由于在递推过程中计算机存在截断或舍人误差，这将导致四元数的归一化条件不成立，所以需要在一定时间周期内对四元数进行归一化处理。归一化公式为:

　　2. 3导航参数计算

　　得到姿态矩阵后，即可根据式(6)计算出载体偏航角(φ)、俯仰角( θ)和滚动角(γ)[2-3]:

　　速度和位置信息则可通过对式(7)所示的捷联惯导方程进行一次积分和二次积分得到[[2-3]:

3微型惯性测量装置硬件实现

　　整个微型惯性测量装置的硬件组成包括两部分:一部分是由微惯性传感器集成的微型惯性测量组合(MIMU)，用于敏感载体的三维运动信息;另一部分是以DSP为核心的专用集成电路，用于由MIMU所提供的敏感信息来解算各种所需的导航参数。硬件电路的基本组成结构框图如图2所示。

　　4微型惯性测量装置软件实现

　　微型惯性测量装置软件计算框图如图3所示.整个软件部分分为3大功能模块，即读人传感器采样数据、实时导航参数计算和导航参数输出。