一种基于mems加速度计的载体姿态横滚角获取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种载体姿态参数获取方法，尤其涉及一种基于MEMS加速度计的载 体姿态横滚角获取方法，属于姿态测量控制领域。
【背景技术】
[0002] 传统的姿态测量系统采用捷联式惯导系统（SINS)，相比平台式惯导系统而言，其 具有体积相对更小，成本相对更低，易于安装和维护并且可靠性更高的有点，因此，捷联惯 导系统在飞行器导航和姿态测量中得到了广泛的研宄和应用。
[0003] 然而，传统的姿态测量系统包括捷联式惯导普遍具有体积大，重量大，复杂程度高 等特点，使得传统的姿态测量系统无法应用于日常应用。同时，传统的捷联惯导系统一般需 要一个寻北系统的辅助来获得载体的方位角，但是传统的寻北系统多为基于陀螺的系统， 其体积和复杂度也是日常应用所无法接受的。可见，对于对体积具有严格限制的嵌入式系 统而言，需要研制一种小型的姿态测量系统来满足其姿态测量的要求。MEMS技术和MR技术 的快速发展，为研制这种低成本，小体积，高集成度的姿态测量系统提供了可能，从而可以 使得对体积和成本敏感的系统具有姿态测量的能力。
[0004] 例如申请号为"201210557018. 2"的一种姿态测量方法和姿态测量系统，在保证姿 态测量的稳定性的同时减少误差。所述方法包括：采用双天线全球定位系统GPS测量筒状 部件的第一姿态信息；采用微机电系统MEMS测量筒状部件的第二姿态信息；将所述第一姿 态信息和所述第二姿态信息进行数据融合得到筒状部件的全姿态信息并输出。该发明采用 双天线GPS与MEMS组合的方式进行姿态测量，利用双天线GPS的方式，启动时间快，姿态测 量的设备成本低，误差较小，再结合MEMS完成设备的短时间姿态保持能力，在保证测量精 度的同时提高了姿态测量设备对外界复杂电磁环境的抗干扰能力，增强了姿态测量的稳定 性。
[0005] 又如申请号为"201310657215. 6"的一种基于单轴加速度传感器和三轴磁场传感 器的姿态测量系统及其姿态测量方法，该系统包括：加速度传感器、三轴磁场传感器、GNSS 模块和数据处理模块；所述的加速度传感器为与前进轴正交布置的Z轴向单轴加速度传感 器，用于测量重力加速度分量，得到地面载体的横滚角和俯仰角的三角关系；所述的数据处 理模块，用于根据位置信息查表获取地磁场模、地磁倾角信息和地磁偏角信息，结合地面载 体的横滚角和俯仰角的三角关系以及载体坐标系下地磁场的三个分量阵列最终解算出航 向角、俯仰角和横滚角。该发明的姿态测量新方法能够在载体静止或低速移动状态下实现 载体姿态角的准确解算，可以减少一个测量量，避免更多测量噪声的引入。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是针对【背景技术】的不足提供了一种方便、灵活、易于 操作的基于MEMS加速度计的载体姿态横滚角获取方法。
[0007] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0008] -种基于MEMS加速度计的载体姿态横滚角获取方法，具体包含如下步骤：
[0009]步骤1，预先将三轴MEMS加速度计安装于载体上；
[0010] 步骤2,通过三轴MEMS加速度计实时获取载体三个轴方向上的向量参数；
[0011] 步骤3,根据步骤2获取的三个轴方向上的向量参数计算出载体姿态基于重力向 量的横滚角，具体计算如下：
[0013] 其中，0为载体姿态的横滚角，Ax为载体x轴方向的向量参数，Ay为载体y轴方 向的向量参数，Az为载体z轴方向的向量参数；
[0014] 步骤4,将步骤3计算出的基于重力向量的横滚角通过显示模块实时显示出来，同 时通过数据传输模块传输至远程监控中心。
[0015] 作为本发明一种基于MEMS加速度计的载体姿态横滚角获取方法的进一步优选方 案，所述三轴MEMS加速度计的芯片型号为MMA7260Q。
[0016] 作为本发明一种基于MEMS加速度计的载体姿态横滚角获取方法的进一步优选方 案，所述显不t旲块为LQ)显不屏。
[0017] 作为本发明一种基于MEMS加速度计的载体姿态横滚角获取方法的进一步优选方 案，所述数据传输模块采用无线传输模块。
[0018] 作为本发明一种基于MEMS加速度计的载体姿态横滚角获取方法的进一步优选方 案，所述三轴MEMS加速度计采用锂电池供电。
[0019] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0020] 1、本发明结构简单、具有低成本，高精度，微型化数字显示的特点；
[0021] 2、本发明利用三轴MEMS加速度计用来获得载体基于重力向量的横滚角，获取更 加精确；
[0022] 3、本发明采用无线传输模块与监控中心进行互动，是监控过程更加方便。
【具体实施方式】
[0023] 下面对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
[0024] 本发明设计一种基于MEMS加速度计的载体姿态横滚角获取方法，具体包含如下 步骤：
[0025] 步骤1，预先将三轴MEMS加速度计安装于载体上；
[0026] 步骤2,通过三轴MEMS加速度计实时获取载体三个轴方向上的向量参数；
[0027] 步骤3,根据步骤2获取的三个轴方向上的向量参数计算出载体姿态基于重力向 量的横滚角，具体计算如下：
[0029] 其中，0为载体姿态的横滚角，Ax为载体x轴方向的向量参数，Ay为载体y轴方 向的向量参数，Az为载体z轴方向的向量参数；
[0030] 步骤4,将步骤3计算出的基于重力向量的横滚角通过显示模块实时显示出来，同 时通过数据传输模块传输至远程监控中心。
[0031] 其中，所述三轴MEMS加速度计的芯片型号为MMA7260Q，所述显示模块为LCD显示 屏。所述数据传输模块采用无线传输模块，所述三轴MEMS加速度计采用锂电池供电。
[0032] 本发明采用三轴MEMS加速度计用来获得载体基于重力向量的横滚角，计算过程 更加方便快捷。
[0033] 三轴MEMS加速度计：本系统中的加速度计选用了 Freescale的MMA7260Q单片三 轴加速度计。MMA7260Q是一个低成本的电容式微机械加速度计，其内部具有信号调整、单极 低通滤波器、温度补偿等功能，其量程可以通过编程选择1. 5g/2g/4g/6g之一。
[0034] 本发明采用的控制系统：AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预 先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行；多累加器型，数据处理速度 快;AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行；中断响应 速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断；AVR单片机耗能低。对 于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备；有的器件最低1. 8V 即可工作。
[0035] 具体工作过程如下：
[0036] 步骤1，预先将三轴MEMS加速度计安装于载体上；
[0037] 步骤2,通过三轴MEMS加速度计实时获取载体三个轴方向上的向量参数；
[0038] 步骤3,根据步骤2获取的三个轴方向上的向量参数计算出载体姿态基于重力向 量的横滚角，具体计算如下：
[0040] 其中，0为载体姿态的横滚角，Ax为载体x轴方向的向量参数，Ay为载体y轴方 向的向量参数，Az为载体z轴方向的向量参数；
[0041] 步骤4,将步骤3计算出的基于重力向量的横滚角通过显示模块实时显示出来，同 时通过数据传输模块传输至远程监控中心。
[0042] 本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括 技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。 还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文 中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0043] 以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是 按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围 之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本 领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变 化。
【主权项】
1. 一种基于MEMS加速度计的载体姿态横滚角获取方法，其特征在于：具体包含如下步 骤： 步骤1，预先将三轴MEMS加速度计安装于载体上； 步骤2,通过三轴MEMS加速度计实时获取载体三个轴方向上的向量参数； 步骤3,根据步骤2获取的三个轴方向上的向量参数计算出载体姿态基于重力向量的 横滚角，具体计算如下：其中，Θ为载体姿态的横滚角，Ax为载体X轴方向的向量参数，Ay为载体y轴方向的 向量参数，Az为载体z轴方向的向量参数； 步骤4,将步骤3计算出的基于重力向量的横滚角通过显示模块实时显示出来，同时通 过数据传输模块传输至远程监控中心。2. 根据权利要求1所述的一种基于MEMS加速度计的载体姿态横滚角获取方法，其特征 在于：所述三轴MEMS加速度计的芯片型号为MMA7260Q。3. 根据权利要求1所述的一种基于MEMS加速度计的载体姿态横滚角获取方法，其特征 在于：所述显不t旲块为L⑶显不屏。4. 根据权利要求1所述的一种基于MEMS加速度计的载体姿态横滚角获取方法，其特征 在于：所述数据传输模块采用无线传输模块。5. 根据权利要求1所述的一种基于MEMS加速度计的载体姿态横滚角获取方法，其特征 在于：所述三轴MEMS加速度计采用锂电池供电。
【专利摘要】本发明公开了一种基于MEMS加速度计的载体姿态横滚角获取方法，具体包含如下步骤：预先将三轴MEMS加速度计安装于载体上；通过三轴MEMS加速度计实时获取载体三个轴方向上的向量参数；根据获取的三个轴方向上的向量参数计算出载体姿态基于重力向量的横滚角，将计算出的基于重力向量的横滚角通过显示模块实时显示出来，同时通过数据传输模块传输至远程监控中心。
【IPC分类】G01C1/00
【公开号】CN104897131
【申请号】CN201510350410
【发明人】孙志君, 方继广, 唐猛, 王国荣
【申请人】苏州市英富美欣科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月23日