简易陀螺仪惯性制导系统设计

陈和洲　陈登林

摘 要：在设计陀螺仪的过程中，需要注意陀螺仪应用于飞机控制飞行惯性制导系统时需要搭建传感器、单片机、晶体放大驱动三大模块。随后需要综合积分算法，从而保证陀螺仪可以自行调整飞机航线，而这项技术一般应用于自动驾驶系统中，飞行员在飞机飞行的过程中使用自动驾驶技术就能够极大的降低工作量，从而提升飞行质量。本文主要针对于简易陀螺仪在制作的过程中惯性制导系统的设计进行分析，并且对于未来的简易陀螺仪惯性制导系统设计方案进行了阐述。

关键词：简易陀螺仪 惯性制导 调整航线 积分算法

惯性导航系统涉及精密机械、计算机技术、微电子、光学、自动控制、材料等领域，由此可见，惯性导航系统的发展与多项顶尖领域的发展相关。现代科技的增长实现了我国飞行区惯性传感器方面的进步，陀螺仪作为较为常见的惯性敏感器，成为了INS系统的基础核心。因此，陀螺仪的技术水平影响到了我国惯性导航系统的发展。

1 陀螺惯性制导的发展趋势

未来陀螺惯性制导发展过程中，激光将会发挥出更大的作用。与传统机械陀螺相比，激光测向有更高的可靠性和更高的性能。当下世界上很多国家已经开始了激光陀螺的研发，不同的用途决定了对陀螺仪不同的要求，例如战略导弹、空间飞行器、自主式潜艇导航、高能激光武器瞄准、跟踪等等都需要使用高度惯性陀螺。而一些精度不高的瞄准任务则是需要使用中等精度惯性陀螺[1]。

2 系统设计

2.1 系统的组成与结构

惯性制导系统主要的构成内容有传感器、单片机、放大驱动、细小元件等等。传感器主要的作用就是测量角数据，提供数据来进行修正。传感器在运行的过程中相关数据需要使用单片机来进行收集，随后将属于用于计算，就能够掌握直升机当下的偏离角速度。最后经过放大驱动模块的加强，可以将电信号放大到可以驱动电机的程度[2]。控制信号与螺旋桨转动呈现相反对应的情况，左侧信号闪动，表示右侧螺旋桨转动，右侧信号闪动，表示左侧螺旋桨转动。下图1为直升机系统的组成图。

2.2 电路设计

2.2.1 放大驱动电路

放大驱动电路的端口与需要与STC系统相连接，从而转动电机，带动螺旋桨[4]。放大驱动电路的主要技术来源来自于H桥式电机驱动电路，将这一电路进行改进之后得出放大驱动电路。将4个与门同一“使能”的导通信号相连接，使用同一信号就能够控制电路的运行状态和运行效果。而将两个非门通过一种方向输入电流之后可以保证任何时候H桥电路上同侧都只有一个三极管通电。而一般来说，电机的运行需要三个信号进行控制：两个方向信号、一个使能信号，改进之后的电路可以控制电机的运行，保证电机在两个方向上前进[5]。

2.2.2 单片机电路

单片机在运行的过程中，作用在于换算出直升机当下的偏离航线以及偏离角速度，从而得出回正角度数值，进而通过电机的数据提醒，让飞行员调整回飞行方向。与其他模块相比较，这一模块较小，但是承担了非常重要的作用。单片机的电路中RST端口连接复位电路作用在于保证单片机内部各电路的具体数值。而VCC端口的作用在于能够与供电电路相连接，保证单片机供电。

3 结语

在系统设计完成之后，经过测试能够更好地控制直升机的航向控制，这一系统的完成真正意义上实现了简易陀螺仪惯性制导系统的设计。未来的激光制导陀螺仪将正式的取代机械陀螺仪，同时也能够将运动物体的方位确定得到更好的落实。未来，航空、航天、国防等等领域都将使用惯性陀螺仪作为惯性导航仪器，这是科技决定的发展方向[6]。在惯性制导的过程中，陀螺仪是控制飞机飞行、武器瞄准的重要部件，正是由于陀螺仪具有良好的平衡性以及空间定向性，因此将广泛应用于未来的飞行设备中。伴随着科技的发展与进步，越来越多的无人飞行器材也将出现，陀螺仪惯性制导的意义就在于能够将飞行员的工作量无限缩小，甚至最后可以使用计算机进行自主控制，这对于无人机等等无人飞行器也是良好的发展前景[7]。

參考文献：

[1]陈亚东，陈中文，王佳楠，等.基于大气数据传感器的协同制导控制方法[J/OL].系统工程与电子技术：1-9[2020-08-13]

[2]刘浩，杨薇秀，焦胜海，等.基于AHRS算法的小型无人机导航精度改进方法[J].中国电子科学研究院学报，2020（5）：461-469.

[3]王宁，吴亚，杨毅，等.一种小型无人船导航-制导-控制系统设计与验证[J].大连海事大学学报，2019（4）：1-8.

[4]包建华，李道亮，王鹏，等.海参捕捞装置导航中低成本陀螺仪的降噪研究与试验[J].中国农业大学学报，2018（12）：122-130.

[5]杜瑾，赵华超，郑哲，等.捷联惯导互补滤波姿态融合算法设计[J].传感技术学报，2018（10）：1547-1552.

[6]阮卫，冯连鸣，国琳娜，等.捷联惯导外场条件下系统级标定技术仿真方法[J].水下无人系统学报，2018（4）：330-334，341.

[7]李秦牧，朱大奇，邓志刚.水下机器人惯性导航系统[J].现代计算机（专业版），2018（21）：39-43，49.