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1、基于MEMs技術(shù)的慣性／地磁組合導(dǎo)航艾文娟，等基于MEMS技術(shù)的慣性／地磁組合導(dǎo)航艾文娟，劉巖(長春理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，吉林長春130022)摘要：針對(duì)復(fù)雜戰(zhàn)爭環(huán)境，無人機(jī)要順利地完成敵后偵查任務(wù)，要求導(dǎo)航系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)成本低、體積小、精度高的導(dǎo)航任務(wù)，并且能夠適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的抗干擾等問題，AD公司新推出的ADIsl6405三軸導(dǎo)航傳感器，是基于MEMs(微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)的組合導(dǎo)航元件，集成了三軸加速計(jì)、三軸陀螺儀、三軸磁力計(jì)以及相關(guān)的信號(hào)采集電路，通過FPGA芯片對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的導(dǎo)航計(jì)算和姿態(tài)解算，并采用高速的DSP芯片專心實(shí)現(xiàn)卡爾曼濾波算法
2、，達(dá)到實(shí)時(shí)高速的數(shù)據(jù)采集和計(jì)算，就可以實(shí)現(xiàn)高精度，低成本的組合導(dǎo)航要求。關(guān)鍵詞：MEMs；組合導(dǎo)航；FPGA；卡爾曼濾波算法中圖分類號(hào)：TN492文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：BDOI編碼：10．14016／j．cnki．1001—9227．2016．01．110Abstract：Inviewofthecomplexenvironmentofthewar，theUAVhastobewellbehind山einvestigationtask，requirenavigationsystemcanrealizelowcost，smallvolume，highprecis
3、ionnavigationtask，Andcanadapttothecomplexenvimnmentofanti—interference，NewADcompanyADISl6405tria)cialnavigationsensor，isbasedonMEMStechnologyintegratednavigationelements，，integratedthree—axisaccelerometer，three—axisgyroscope，three—axismagnetometerandrelatedsignalacquisitionci
4、rcuit，ThroughtheFPGAchiptocollectdatainI℃al—timenavigationcalculationandattitudealgorithm，andKalman6Iteringisrealizedbyusinghigh—speedDSPchiptoconcentrateonalgorithms，Achievereal—timehigh—speeddataacquisitionandcalculation，canachievehighaccuracy，lowcostintegmtednavigationrequ
5、irements．Keywords：MEMS；Integmtednavigation；FPGA；Kalman6lferalgorithmO引言慣性導(dǎo)航是一種獨(dú)立性高、隱蔽性好的導(dǎo)航方式，不需要從外部獲取導(dǎo)航信息，是目前較主流的導(dǎo)航方法，但是加速度計(jì)和陀螺儀的誤差隨著時(shí)間的累積，積分產(chǎn)生的誤差也隨著初始誤差進(jìn)行累積，慣性導(dǎo)航不能實(shí)現(xiàn)長時(shí)間的精準(zhǔn)導(dǎo)航，為了解決這一缺陷，大多數(shù)采用輔助或者組合導(dǎo)航的方式，對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)的累積誤差進(jìn)行濾波修正。目前比較成熟的組合導(dǎo)航是慣性／GPS組合導(dǎo)航，但是GPS是美國研制的全球?qū)Ш较到y(tǒng)，已經(jīng)廣泛用于民用導(dǎo)航，在軍事方面還
6、是有一定的局限性，中國雖然也有自己的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，但技術(shù)還不夠成熟，可靠性較差。而且GPs有它本身的不足，比如對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的依賴性，加上云層的遮擋、低動(dòng)態(tài)性等。所以，為了彌補(bǔ)這些不足，可以引入地磁導(dǎo)航技術(shù)，目前主流是地磁濾波輔助導(dǎo)航技術(shù)，通過卡爾曼濾波，對(duì)地磁信息進(jìn)行修正，再反饋給慣導(dǎo)系統(tǒng)，對(duì)位置，姿態(tài)，速度進(jìn)行修正。1慣性導(dǎo)航技術(shù)慣性導(dǎo)航是一種完全自助式導(dǎo)航方式，能夠在短時(shí)問內(nèi)進(jìn)行精確的定位和測(cè)定姿態(tài)。根據(jù)導(dǎo)航方式不同可以分為平臺(tái)式慣性導(dǎo)航和捷聯(lián)慣性導(dǎo)航。不同之處在于捷聯(lián)慣導(dǎo)直接將測(cè)量元件安裝在被測(cè)物體上，利用導(dǎo)航計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行導(dǎo)航
7、計(jì)算，得到導(dǎo)航參數(shù)。如圖1所示。收稿日期：2叭5—09—15作者簡介：艾文娟(1990一)，女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)闄C(jī)電控制系統(tǒng)。·110·圖l慣性導(dǎo)航原理2地磁導(dǎo)航技術(shù)地磁場是地球的固有磁場，地磁導(dǎo)航是根據(jù)地磁場的分布規(guī)律進(jìn)行地磁匹配或者地磁模型計(jì)算的一種導(dǎo)航方法，地磁導(dǎo)航不需要接收外部信息，跟慣性導(dǎo)航一樣具有全天候、自主性的隱蔽性導(dǎo)航方式，同時(shí)，地磁導(dǎo)航誤差不會(huì)隨著時(shí)間而進(jìn)行累積，利用地磁場在近地空間的物理分布，可以繪制地磁的分布圖或者建立地磁的分布模型，作為參考數(shù)據(jù)源儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中，可以實(shí)時(shí)的對(duì)比參考數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)和載體的測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行
8、導(dǎo)航定位。因此，地磁導(dǎo)航的精度取決于地磁導(dǎo)航數(shù)據(jù)源的精度和導(dǎo)航傳感器的測(cè)量精度?。地磁場的場強(qiáng)由以下三部分組成：日(r，f)=B。(r，
