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科技创新

微惯性导航系统在MEMS陀螺中的应用

王月，司徒春辉，刘宝庆

（广州导远电子科技有限公司，广东广州510000）

摘要：本发明提供一种体积小、重量轻、低成本、快速定向的MEMS陀螺阵列定向仪，定向仪水平放置后3分钟以内可输出朝向的真

北夹角，且之后如果定向仪发生水平移动，能持续输出朝向变化的真北夹角，与目前市场上大部分定向仪体积大、重量重、价格贵相比，

获得更优的性价比的同时，也能大大拓展定向仪的使用场合和应用市场，在定向仪产品领域具有革命性的进步。

关键词：微惯性导航；MEMS陀螺；应用

同步定位与建图(simultaneouslocalizationandmapping，础上可输出定向仪移动后的方向。

SLAM)是一种以初始位置为起点，依靠携带的环境探测设备(激光雷4关键技术点

达，立体摄像机等)实时探测环境特征，创建环境特征地图，并结合（1）本发明采用MEMS陀螺仪阵列获得了比光纤陀螺及激光陀

传感器的实时测量进行匹配定位、确定载体位姿的一种相对定位与螺更低成本，更小体积且能准确测量地球自转角速度的效果。由于

建图技术。激光雷达输出其到周围障碍的距离信息，以扫描得到的MEMS陀螺仪相对于光纤陀螺仪及激光陀螺仪成本较低，体积较小，

序列距离信息形成点云数据，基于激光雷达点云数据的环境探测、但精度也较低，目前较高精度的MEMS陀螺仪零漂在1°-10°/小时，

地图构建与相对定位在移动机器人、自动导引车(automaticguided而地球自转角速度为15.0411°/小时，这样的精度用来测量地球自

vehicle，AGV)等载体的自主导航领域获得了广泛关注。转角速度仍比较勉强，但如果采用多片MEMS陀螺仪阵列，例如把N

1现有技术的方案简述片同轴布置相同特性的MEMS陀螺仪的输出相加，根据每个MEMS陀

Polaris-I使用业界极低速率漂移的MEMS陀螺仪用于寻北，内螺仪的统计和时间序列特性进行建模和优化计算，可以得到优于倍

置IMU用于倾角测量及方向推算，具有微小型、低功耗、长寿命、的精度改善。采用20位置寻北法，精度改善。

高可靠的特点。寻北时间7min，可定制3min版本，寻北精度0.5（2）目前MEMS陀螺仪精度在不断提高，逐渐取代中低端光纤

°。陀螺定向仪用来寻找真北方向值，是利用陀螺原理感应地球自陀螺的应用场合，因此采用高精度的MEMS陀螺制造的定向仪具有更

转角速率在当地水平面投影方向（即真北方位）的一种惯性测量系低成本，更小体积且能准确测量地球自转角速度的效果。能扩大定

统，除受高纬度限制之外，寻北过程无需外部参考，不受天气、昼向仪的适用行业和应用。本发明提供了一种MEMS陀螺仪阵列定向

夜时间、地磁场和场地通视条件的影响。目前使用的陀螺定向仪大仪；它能快速找出真北夹角，不受磁场环境干扰，得到真北夹角后

部分使用动力调谐陀螺、激光陀螺或光纤陀螺，而极少数使用MEMS移动定向仪，真北夹角可以随动变化，定向仪具有体积小、重量轻

陀螺，使用前三者陀螺可实现较高的定向精度，但使得定向仪体积的特点，可以口袋收纳，一改传统同类产品体积大、重量大的缺点，

大，重量大，成本高，不方便携带及个人消费应用。大大降低对运输及使用环境的限制，应用场合更为广阔。

2现有技术的客观缺点（3）定向MEMS陀螺阵列是由2-4片MEMS陀螺仪共轴安装组成，

采用多位置寻北方法的缺点是：组合在寻北过程中要进行多位目的是通过优化运算多片陀螺仪的测量结果，在合适的体积和成本

置转动，因此需要添加转动机构。由于采用光电测量装置会增加机条件下获得远高于一片陀螺仪的精度。数据处理核心是DSP，其