Глава 3. Микромеханический инерциальный измерительный блок

Краткие теоретические сведения

Термин инерциальный измерительный блок (ИИБ) (от англ. Inertial Measurement Unit (IMU)) введен для обозначения устройства, измеряющего параметры движения основания, на котором он установлен.

Для систем, построенных на базе гиростабилизированной платформы, под понятие ИИБ подпадает гиростабилизированная платформа вместе с сопутствующей сервисной электроникой. Для бесплатформенных гироскопических систем под понятие ИИБ подпадает любое устройство, содержащее набор инерциальных датчиков (гироскопов и акселерометров) и сопутствующую сервисную электронику. Так, например, ИИБ, содержащий стандартный набор из трех акселерометров и трех ДУСов, может быть как гироскопической основой бесплатформенной инерциальной навигационной системы, так и составной частью автопилота в качестве блока демпфирующих гироскопов и датчиков перегрузки.

3.1.2. Обычно ИИБ характеризуются следующим набором параметров и характеристик:

- назначение и область применения;

- конструктивная схема ИИБ;

- количество измерительных осей инерциальных датчиков;

- конструктивная схема используемых гироскопов и акселерометров;

- форма представления выходной информации: в аналоговом виде (постоянное напряжение или постоянный ток) или в цифровом коде в одном из стандартных интерфейсов;

- тип и основные технические характеристики процессора (микропроцессора);

- частота опроса инерциальных датчиков;

- протокол обмена;

- режимы работы;

- напряжение (или напряжения) питания и потребляемый ток (токи) в указанных режимах работы;

- время готовности;

- предельные значения величин, измеряемых инерциальными датчиками;

- вид выходной характеристики инерциальных датчиков;

- масштабные коэффициенты и/или цены единиц младшего разряда каждой измеряемой величины;

- смещения нуля – значения аргумента выходной характеристики каждого датчика, при котором ее график пересекает ось абсцисс;

- погрешность каждого датчика в данном запуске и стабильность (воспроизводимость) погрешности от запуска к запуску;

- нелинейности выходной характеристики инерциальных датчиков в рабочем диапазоне;

- тренды инерциальных датчиков;

- случайные погрешности инерциальных датчиков;

- частотные диапазоны измеряемых величин (полосы пропускания инерциальных датчиков);

- погрешности выставки осей чувствительности инерциальных датчиков к посадочным поверхностям на корпусе ИИБ;

- влияние внешних воздействий (времени, температуры, напряжения питания, линейных ускорений, ударов, вибрации, постоянного и переменного внешнего магнитного поля и т.д.) на указанные выше характеристики;

- показатели надежности;

- масса;

- габариты;

- цена.

3.1.3. Модель погрешностей ИИБ [8]. Измерения ИИБ являются комбинацией измерений триады акселерометров (1.12) и триады ДУС (2.9), изначально представляющих собой сигналы напряжения постоянного тока. Далее выходные сигналы инерциальных датчиков поступают на входы шести N-разрядных аналого-цифровых преобразователей (АЦП). На выходе каждого из шести N-разрядных АЦП выходная информация инерциальных датчиков представляется в виде одного из целых чисел в диапазоне от 0 до в дискретные моменты времени

где - начальный момент времени, с;

- текущий номер отсчета, б/р;

- период опроса (период квантования или период дискретизации), с;

- момент выработки -го отсчета, с.