基于旋转调制的MEMS捷联惯导系统设计.pdfVIP

2009年 12月第 4期 导 航 基于旋转调制的MEMS捷联惯导系统设计 孟庆季，徐烨烽，钟海波 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京 100191 摘 要：根据惯性器件旋转调制原理，设计基于 MEMS惯性器件 的旋转调制式捷联惯导系 统。在阐述系统的工作原理和结构技术特点基础上，主要从系统硬件设计、软件设计方面介绍系 统研制过程。系统硬件电路主要包括基于F28335的数据采集电路、基于ADS1258高精度A／D采 集电路、直流电机PWM控制电路。基于DSPF28335平台下开发系统嵌入式软件主要完成数据 采集、旋转控制、导航解算等功能。实验表明，系统可以有效提高MEMS惯性器件性能对 比同 精度水平系统具备较大成本优势，是一种比较理想低精度惯导系统。 关键词：MEMS；旋转调制；捷联惯导系统；TMS320F28335 惯性导航系统是制导武器的核心部件之一，同 对某个 固定的坐标系 一般选载体坐标系 旋转， 时惯导系统占据了制导武器较大部分成本，所以降 从而使得与旋转轴正交方向的陀螺、加速度计常值 低惯导系统成本对降低武器系统成本具有重要意 或慢变 误差被调制为均值为零的周期变化量， 义。一直以来降低惯导成本都是惯导系统研制的一 不再成为影响系统精度的主要因素2【J。如图1所示， 个主要方向，MEMS惯性器件具有成本低廉、可靠 设X向陀螺的漂移为 ，加计零偏为V．．，z向陀螺 性高、体积重量轻、便于开发等特点，因此其成为 的漂移为 ，加计零偏为V一 ， 平台绕Y轴 弹体 低精度惯导器件的发展方 向。利用 MEMS器件组 纵轴 以09的角速度旋转，如 图 1所示，则载体系 成导航系统必将很大程度的降低系统成本，但是 目 的等效陀螺漂移和加速度计零偏的表达式有： 前国内尚没有 MEMS惯性器件能满足实际武器系 统对惯导系统的精度要求。旋转调制方法可以很好 么 JL z 的提升惯性器件的精度，已应用到高精度惯导系统 ／／Qf 的研制中。本文设计一套基于 MEMS旋转调制式 的捷联惯导系统，旨在将旋转调制技术应用于 D MEMS惯导系统，提升现有MEMS惯性器件性能 ＼ ＼ 使其可以满足低精度制导武器在成本、精度、体积、 重量等方面的要求，将 MEMS器件应用于制导系 统 。MEMS惯性器件经旋转调制后精度可达到现有 图1绕载体系y轴旋转调制示意图 低精度光纤陀螺的水平，并具有明显的成本优势， 系统将成为一种比较理想低精度惯导系统。 J cosCOt— sn倒 1 【 exsin + COSOX 1调制的基本原理 旋转调制技术是一种提高惯性导航系统性能 』V一 s倒一Vzsincot 2 V【z Vsin +V：COSCOt 的专门技术，它通过旋转机构将惯性器件敏感轴相 由式 1 和式 2 可知，陀螺的常值漂移和 收稿 日期：2009．10．20。项 目支持：国家985工程二期空基 加速度计的零偏均被调制成均值为零的正弦信号， 体系感知科技创新平台。孟庆季 1984_． ，男，吉林省伊通