发明名称 器件指向和稳定方法和系统
摘要 本项发明提出了一个稳定指向一个需要被稳定指向到一个指定方向的元器件的方法和系统。一个基于惯性测量单元的姿态产生器量测该元器件的当前姿态和姿态变化率,目标坐标产生器量测的到的方向信息被指向控制器用来计算需要的旋转指令。执行器根据这些旋转指令排除干扰,参数不稳定,震动等不利因素旋转该元器件使其稳定指向需要的方向,一个音频和视频装置向操作者提供有关稳定指向的操作程序等音频和视频信息。
申请公布号 TW587205 申请公布日期 2004.05.11
申请号 TW090104961 申请日期 2001.03.01
申请人 导航控制公司 发明人 林清芳;艾伦麦克
分类号 G05D3/12;G05B15/00 主分类号 G05D3/12
代理机构 代理人 林弘明 高雄市三民区光裕路五十七号
主权项 1.一种由如下步骤组成的指向与稳定一个元器件 的方法: (a)目标坐标产生器提供一个坐标値,从而确定所述 元器件所需要指向的方向; (b)利用姿态产生器确定所述元器件的当前姿态; (c)根据所述元器件所需要的指向方向和指向控制 器所测定的所述元器件当前姿态计算所述元器件 的转动指令; (d)利用执行器将所述元器件旋转到所述需要指向 的方向; (e)视频显示所述目标,所述要指向的方向和所述元 器件的当前方向者。2.如申请专利范围第1项所述 之方法,其中,在步骤(e)之后尚有步骤(f)提供表示 指向操作程序的音频提示者。3.如申请专利范围 第1项所述之方法,其中,步骤(c)又由如下步骤组成: c.1将所述目标坐标产生器测量获得并经过量测杂 讯修正的所述目标方位量测数据从目标坐标产生 器体坐标系转换到本地水平坐标系; c.2利用所述目标坐标产生器量测到的目标方位量 测数据计算所述目标的当前姿态,包括目标方位估 计値; c.3预测所述目标未来的轨道并计算从所述元器件 发射的抛射物与所述目标的交会方位和时间; c.4产生所述元器件发射抛射物所需要的方位角和 高度角; c.5利用所述元器件的方位角和高度角以及从惯性 测量单元/姿态与航向参考系统获得的所述元器件 当前姿态和姿态变化率产生执行器所需要的控制 指令,从而排除干扰将所述元器件稳定在所需要的 方位角和高度角者。4.如申请专利范围第2项所述 之方法,其中,步骤(c)又由如下步骤组成: c.1将所述目标坐标产生器测量获得并经过量测杂 讯修正的所述目标方位量测数据从目标坐标产生 器体坐标系转换到本地水平坐标系; c.2利用所述目标坐标产生器测到的目标方位量测 数据计算所述目标的当前姿态,包括目标方位估计 値; c.3预测所述目标未来的轨道并计算从所述元器件 发射的抛射物与所述目标的交会方位和时间; c.4产生所述元器件发射抛射物所需要的方位角和 高度角; c.5利用所述元器件的方位角和高度角以及从惯性 测量单元/姿态与航向参考系统获得的所述元器件 当前姿态和姿态变化率产生执行器所需要的控制 指令,从而排除干扰将所述元器件稳定在所需要的 方位角和高度角者。5.如申请专利范围第3项所述 之方法,其中,步骤(c.3)又由如下步骤组成: c.3.1利用所述目标的当前姿态,包括所述目标当前 方位估计値和系统动力矩阵,外推所述抛射物未来 的轨道; c.3.2计算所述抛射物从所述元器件飞行到所述交 会方位所需要的时间;以及 c.3.3利用所述预测出来的抛射物轨道和飞行时间 计算所述交会方位和交会时间者。6.如申请专利 范围第4项所述之方法,其中,步骤(c.3)又由如下步 骤组成: c.3.1利用所述目标的当前姿态,包括所述目标当前 方位估计値和系统动力矩阵,外推所述抛射物未来 的轨道; c.3.2计算所述抛射物从所述元器件飞行到所述交 会方位所需要的时间;以及 c.3.3利用所述预测出来的抛射物轨道和光行时间 计算所述交会方位和交会时间者。7.如申请专利 范围第1项至第6项中任一项所述之方法,所提到的 姿态发生器是一个惯性测量单元(IMU)者。8.如申请 专利范围第7项所述之方法中提到的惯性测量单元 是一个惯性测量单元/姿态与航向参考系统者。9. 一个用于指向和稳定一个元器件的系统,包括: 一个用来确定所述元器件当前姿态和姿态变化率 的姿态发生器; 一个通过捕获和跟踪目标从而为所述元器件确定 一个指向方向的目标坐标发生器; 一个用将所述元器件旋转到所需方向的执行器; 一个根据该元器件所需指向的方位和该元器件当 前姿态计算执行器所需要的旋转指令的指向控制 器者。10.如申请专利范围第9项所述之系统,还可 以包括一个音频和视频装置以音频和视频的方式 来帮助用户决策者。11.如申请专利范围第10项所 述之系统中的音频视频装置能够显示需要指向的 方向,所述元器件的当前姿态量测値,目标轨道,还 可以用音频方式提示指向程序者。12.如申请专利 范围第11项所述之系统中执行器改变所述元器件 的当前姿态使其与需要指向的方向更为接近者。 13.如申请专利范围第11项所述之系统能够利用所 述指向控制器的角度,角速度和角加速度反馈选择 性的拒绝和过滤杂讯和波动者。14.如申请专利范 围第11项所述之系统中,所述目标坐标产生器,包括 一个雷达和激光射程探测器,所述目标的坐标通过 音频和视频设备传送到所述指向控制器者。15.如 申请专利范围第11项所述之系统中,所述执行器包 括一个机械枪管驱动器用以驱动所述旋转枪架使 其指向所述目标的精确坐标,所述音频和视频装置 显示所述目标的位置并提示指向程序,因此一旦所 述显示器上的所述目标被选中以后,其坐标和从姿 态产生器获得的所述元器件的当前姿态量测値都 被自动的传送到所述指向控制器者。16.如申请专 利范围第9项所述之系统中的指向控制器,又包括: 一个量测数据处理单元,用来将所述目标坐标产生 器测量获得并经过量测杂讯修正的所述目标方位 量测数据从所述目标坐标产生器体坐标系转换到 本地水平坐标系; 一个目标方位估算单元,根据所述目标方位量测数 据估算包括目标方位估算値的所述目标当前姿态; 一个目标方位预测单元,预测所述目标未来的轨道 并计算由所述元器件所发射的抛射物与所述目标 交会的方位和时间; 一个射击控制单元,产生所述元器件发射一个抛射 物所需要的方位角和高度角; 一个元器件控制指令计算单元,利用所述元器件所 需要的方位角和高度角和姿态量测单元量测到的 所述元器件当前的姿态和姿态变化率产生所述执 行器所需要的控制指令,从而排除干扰将该元器件 稳定指向于所需要的方位角和高度角者。17.如申 请专利范围第11项所述之系统中的指向控制器又 包括: 一个量测数据处理单元,用来将所述目标坐标产生 器测量获得并经过量测杂讯修正的所述目标方位 量测数据从所述目标坐标产生器体坐标系转换到 本地水平坐标系; 一个目标方位估算单元,根据所述目标方位量测数 据估算包括目标方位估算値的所述目标当前姿态; 一个目标方位预测单元,预测所述目标未来的轨道 并计算由所述元器件所发射的抛射物与所述目标 交会的方位和时间; 一个射击控制单元,产生所述元器件发射一个抛射 物所需要的方位角和高度角; 一个元器件控制指令计算单元,利用所述元器件所 需要的方位角和高度角和姿态量测单元量测到的 所述元器件当前的姿态和姿态变化率产生所述执 行器所需要的控制指令,从而排除干扰将该元器件 稳定指向于所需要的方位角和高度角者。18.如申 请专利范围第16项所述之系统中利用Kalman滤波器 作为目标方位估算单元者。19.如申请专利范围第 17项所述之系统中利用Kalman滤波器作为目标方位 估算单元者。20.如申请专利范围第18项所述之系 统中,所述量测数据处理单元将用雷达天线坐标表 示的雷达量测数据非线性地映射到本地水平之交 坐标上者。21.如申请专利范围第19项所述之系统 中,所述量测数据处理单元将用雷达天线坐标表示 的雷达量测数据非线性地映射到本地水平之交坐 标上者。22.如申请专利范围第16项所述之系统中, 所述目标方位预测单元又包括: 一个目标方位外推模块,利用包括所述目标方位估 计値和系统动力矩阵以及所述目标当前姿态数据 外推所述抛射物未来的轨道; 一个抛射物飞行时间计算模块,计算所述抛射物从 所述元器件飞行到所述交会地点所需要的时间;以 及 一个交会方位和时间计算模块,利用预测的所述抛 射物轨道和抛射物飞行时间计算交会方位和时间, 一旦所述目标的轨道被预测出来以后,该模块首先 计算所述抛射物从所述元器件飞行到预测的目标 轨道上任意一点所需要的时间,然后计算所述目标 飞行到该点所需要的时间,如果所述抛射物光行到 某点的时间与所述目标飞行到该点的时间相等,该 点就是交会方位者。23.如申请专利范围第17项所 述之系统中,目标方位预测单元又包括: 一个目标方位外推模块,利用包括所述目标方位估 计値和系统动力矩阵以及所述目标当前姿态数据 外推所述抛射物未来的轨道; 一个抛射物飞行时间计算模块,计算所述抛射物从 所述元器件飞行到所述交会地点所需要的时间;以 及 一个交会方位和时间计算模块,利用预测的所述抛 射物轨道和抛射物飞行时间计算交会方位和时间, 一旦所述目标的轨道被预测出来以后,该模块首先 计算所述抛射物从所述元器件飞行到预测的目标 轨道上任意一点所需要的时间,然后计算所述目标 飞行到该点所需要的时间,如果所述抛射物飞行到 某点的时间与所述目标飞行到该点的时间相等,该 点就是交会方位者。24.如申请专利范围第22项所 述之系统中,所述射击控制模块利用所述目标方位 预测模块给出的交会方位和时间确定所述元器件 所需要的方位角和高度角者。25.如申请专利范围 第23项所述之系统中,所述射击控制模块利用所述 目标方位预测模块给出的交会方位和时间确定所 述元器件所需要的方位角和高度角者。26.如申请 专利范围第24项所述系统中,所述元器件控制指令 计算模块,根据所述射击控制模块提供的所述元器 件尖端所需要的方位角和高度角,以及所述姿态产 生器量测到的所述元器件当前姿态和姿态变化率, 计算将所述元器件排除干扰稳定指向于所需方位 的指令,并发送给执行器者。27.如申请专利范围第 25项所述之系统中,所述元器件控制指令计算模块, 根据所述射击控制模块提供的所述元器件尖端所 需要的方位角和高度角,以及所述姿态产生器量测 到的所述元器件当前姿态和姿态变化率,计算将所 述元器件排除干扰稳定指向于所需方位的指令,并 发送给执行器者。28.如申请专利范围第26项所述 之系统中,所述元器件控制指令计算单元是一个数 位控制器,它是将所述元器件排除干扰并稳定指向 的根本装置者。29.如申请专利范围第27项所述之 系统中,所述元器件控制指令计算单元是一个数位 控制器,它是将所述元器件排除干扰并稳定指向的 根本装置者。30.如申请专利范围第11项所述之系 统中,所述音频和视频设备被用来显示所述元器件 动态视场中的所述目标以及交会过程中所述抛射 物和所述目标的飞行轨道者。31.如申请专利范围 第29项所述之系统中,所述音频和视频设备被用来 显示所述元器件动态视场中的所述目标以及交会 过程中所述抛射物和所述目标的飞行轨道者。32. 如申请专利范围第9项所述之系统中,所述姿态产 生器可以是一个惯性测量单元(IMU)者。33.如申请 专利范围第11项所述之系统中,所述姿态产生器可 以是一个惯性测量单元(IMU)者。34.如申请专利范 围第29项所述之系统中,所述姿态产生器可以是一 个惯性测量单元(IMU)者。35.如申请专利范围第11项 所述之系统中,所述姿态产生器可以是一个全球定 位系统(GPS)姿态接收机者。36.如申请专利范围第29 项所述之系统中,所述姿态产生器可以是一个全球 定位系统(GPS)姿态接收机者。37.如申请专利范围 第11项所述之系统中,所述音频与视频设备是一个 便携式设备者。38.如申请专利范围第29项所述之 系统中,所述音频与视频设备是一个便携式设备者 。39.如申请专利范围第32项、或第33项、或第34项 所述之系统,其中所述惯性测量组件是一小型惯性 测量组件,包含: 一角速率产生器,用来产生X,Y,Z轴角速率信号; 一加速度产生器,用来产生X,Y,Z轴加速度信号; 一角增量和速度增量产生器,用来将所述X,Y,Z轴角 速率信号转换为数位角度增量和将所述X,Y,Z轴加 速度信号转换为数位速度增量者。40.如申请专利 范围第39项所述之系统,其中所述小型惯性测量组 件进一步包含包含一热控制器件,以便将所述角速 率产生器,加速度产生器和角增量和速度增量产生 器的工作温度保持在设定値者。41.如申请专利范 围第40项所述之系统,其中,所述热控制器件进一步 包含一热敏感产生器,一加热器以及一热处理器, 其中该热敏感产生器与该角速率产生器,加速度产 生器和角增量和速度增量产生器并行工作,来产生 温度信号,以便将该角速率产生器,加速度产生器 和角增量和速度增量产生器的工作温度保持在设 定値,设定的温度是一常値,可选择在150℉和185℉ 之间,来自该热敏感产生器产生的温度信号,被输 出给该热处理器,该热处理器使用该温度信号、温 度刻度系数及该角速率产生器和加速度产生器和 角增量和速度增量产生器的预定的工作温度,来计 算温度控制指令并形成相应的驱动信号给加热器, 来控制该加热器产生足够的热量,保持该角速率产 生器和加速度产生器和角增量和速度增量产生器 的预定的工作温度者。42.如申请专利范围第40项 所述之系统,其中,来自该角速率产生器产生的X、Y 、Z轴角速率信号是类比电压信号,直接正比于载 体的角速率,来自加速度产出器产生的X、Y、Z轴加 速度信号是类比电压信号,直接正比于载体的加速 度者。43.如申请专利范围第41项所述之系统,其中, 来自该角速率产生器产生的X、Y、Z轴角速率信号 是类比电压信号,直接正比于载体的角速率,来自 加速度产生器产生的X、Y、Z轴加速度信号是类比 电压信号,直接正比于载体的加速度者。44.如申请 专利范围第43项所述之系统,其中,该角增量和速度 增量产生器包含: 角度积分器和加速度积分器分别用来在预定的时 间段内积分X、Y、Z轴角速率类比电压信号和X、Y 、Z轴加速度类比电压信号,以便积累X、Y、Z轴角 速率类比电压信号和X、Y、Z轴加速度类比电压信 号,形成未补偿的原始角增量和速度增量,其中,该 积分操作是为了消除在X、Y、Z轴角速率类比电压 信号和X、Y、Z轴加速度类比电压信号中的非直接 正比于载体角速率和加速度的杂讯信号,提高信号 杂讯比、并消除在该X、Y、Z轴角速率类比电压信 号和X、Y、Z轴加速度类比电压信号中的高频杂讯; 复位器产生角度复位电压脉冲和速度复位电压脉 冲,作为角度和速度的刻度,分别输出给该角度积 分器和加速度积分器; 角增量和速度增量测量器使用该角度复位电压脉 冲和速度复位电压脉冲,来测量该积累的X、Y、Z轴 角速率类比电压信号和X、Y、Z轴加速度类比电压 信号,获得角增量计数値和速度增量计数値,相应 地作为角增量和速度增量的数字量者。45.如申请 专利范围第44项所述之系统,其中,该角增量和速度 增量测量器将所述积累的X、Y、Z轴角增量和速度 增量电压値换算为实际的X、Y、Z轴角增量和速度 增量,其中,在所述角度积分器和加速度积分器中, 所述X、Y、Z轴角速率类比电压信号和X、Y、Z轴加 速度类比电压信号被分别复位,以便在所述每一个 预定的时间段的起点,从零开始积累者。46.如申请 专利范围第45项所述之系统,其中,所述复位器包含 一振荡器,所述角度复位电压脉冲和速度复位电压 脉冲通过所述振荡器产生定时脉冲来实现的者。 47.如申请专利范围第46项所述之系统,其中,用来测 量积累的X、Y、Z轴角速率类比电压信号和X、Y、Z 轴加速度类比电压信号的所述角增量和速度增量 测量器,包含一类比/数位转换器,以便实际上将所 述原始X、Y、Z轴角增量和速度增量电压値数位化 为X、Y、Z轴角增量和速度增量的数位量者。48.如 申请专利范围第47项所述之系统,其中,所述角增量 和速度增量产生器的角度积分器包含一角度积分 电路,接收并积分来自所述角放大电路的放大后的 X、Y、Z轴角速率类比信号,形成积累的X、Y、Z轴角 增量信号,所述角增量和速度增量产生器的加速度 积分器包含加速度积分电路,接收并积分来自所述 加速度放大电路的放大后X、Y、Z轴加速度类比信 号,形成积累的X、Y、Z轴速度增量信号者。49.如申 请专利范围第48项所述之系统,其中,所述角增量和 速度增量产生器进一步包含一角放大电路,用来放 大X、Y、Z轴角速率类比电压信号,形成放大后的X 、Y、Z轴角速率类比信号,和一加速度放大电路用 来放大X、Y、Z轴加速度类比电压信号,形成放大后 的X、Y、Z轴加速度类比信号者。50.如申请专利范 围第49项所述之系统,其中,所述角增量和速度增量 产生器的角度积分器包含一角度积分电路,接收并 积分来自所述角放大电路的放大后的X、Y、Z轴角 速率类比信号,形成积累的X、Y、Z轴角增量信号, 所述角增量和速度增量产生器的加速度积分器包 含加速度积分电路,接收并积分来自所述加速度放 大电路的放大后的X、Y、Z轴加速度类比信号,形成 积累的X、Y、Z轴速度增量信号者。51.如申请专利 范围第50项所述之系统,其中,所述角增量和速度增 量产生器的类比/数位转换器进一步包含一角类比 /数位转换器,一速度类比/数位转换器以及一输入/ 输出接口电路,其中,来自所述角度积分电路积累 的角增量和来自所述加速度积分电路的积累的速 度增量,被分别输出给所述角类比/数位转换器和 速度类比/数位转换器,积累的角增量由所述角类 比/数位转换器,通过使用所述角复位电压信号来 测量积累的角增量,以便形成角增量计数値,作为 数位角增量电压的一形式,该角增量计数値被输出 给所述输入/输出接口电路,以便形成数位X、Y、Z 轴角增量电压値,所述积累的速度增量由所述速度 类比/数位转换器,通过使用速度复位电压信号来 测量积累的速度增量,以便形成速度增量计数値, 作为数位速度增量电压的一形式,该速度增量计数 値被输出给输入/输出接口电路,以便形成数位X、Y 、Z轴速度增量电压値者。52.如申请专利范围第51 项所述之系统,其中,所述热处理器包含连接与所 述热敏感产生器的一类比/数位转换器;连接与所 述加热器的数位/类比转换器以及连接与所述类比 /数位转换器和数位/类比转换器的温度控制器,其 中,所述类比/数位转换器输入通过热敏感产生器 产生的温度电压信号,由所述类比/数位转换器采 样该温度电压信号,并数位化该电压信号,并将该 数位温度信号输出给所述温度控制器,所述温度控 制器使用来自上述类比/数位转换器的数位温度电 压信号,温度标定系数以及预定的上述角速率产器 和加速产生器的工作温度,来计算数位温度控制指 令,并将该数位温度控制指令送入上述数位/类比 转换器,所述数位/类比转换器将来自上述数位温 度控制器的数位温度控制指令转变为类比信号,并 将该类比信号输出给所述加热器,以便产生适当的 热量以保证所述IMU的预定小型惯性测量组件的工 作温度者。53.如申请专利范围第52项所述之系统, 其中,所述热处理器进一步包含: 连接在上述热感产生器和数位/类比转换器之间的 第一放大器电路,其中,从上述热传感产生器得到 电压信号,被输入到第一放大器电路放大,并抑制 电压信号中的杂讯,提高信号杂讯比,放大的电压 信号输入到所述类比/数位转换器; 连接在所述数位/类比转换器和加热器之间第二放 大器电路,用来放大从上述数位/类比转换器而来 的输入类比信号,给所述加热器者。54.如申请专利 范围第53项所述之系统,其中,所述热处理器进一步 包含一个输入/输出接口电路连接于所述类比数位 转换器和数位转换器与温度控制器之间,其中,通 过上述类比/数位转换器采样上述电压信号,并数 位化该采样信号,然后,将该数位信号输出给输入/ 输出接口电路,上述温度控制器,使用来自所述输 入/输出接口电路的类比/数位转换器的数位温度 电压信号,温度标定系数以及预定的上述角速率产 生器和加速产生器的工作温度,来计算数位温度控 制指令,并将该数位温度控制指令反馈上述给输入 /输出接口电路,上述数位/类比转换器将来自上述 输入/输出接口电路的数位温度控制指令转变为类 比信号,并将该类比信号输出给上述加热器,以便 产生适当的热量以保证所述小型惯性测量组件的 预定的工作温度者。55.如申请专利范围第39项所 述之系统,其中,所述小型惯性测量组件布置在一 盒子内的第一电路板、第二电路板、第三电路板 和控制电路板,其中,第一电路板与第三电路板相 连,产生X轴角速率敏感信号和Y轴加速度敏感信号 给控制电路板,第二电路板与第三电路板相连,产 生Y轴角速率敏感信号和X轴加速度敏感信号给控 制电路板,第三电路板与控制电路板相连,产生Z轴 角速率敏感信号和Z轴加速度敏感信号给控制电路 板,控制电路板通过第三电路板与第一电路板、第 二电路板相连,处理来自第一电路板、第二电路板 、第三电路板的X、Y、Z轴角速率敏感信号和X、Y 、Z轴加速度敏感信号,以便产生数位化的角度增 量、速度增量、位置、速度、姿态和航向测量値 者。56.如申请专利范围第55项所述之系统,其中,所 述角速率产生器包含: 一连接在第一电路板的X轴振动型角速率检测单元 和第一前端电路; 一连接在第二电路板的Y轴振动型角速率检测单元 和第二前端电路; 一连接在第三电路板的Z轴振动型角速率检测单元 和第三前端电路; 三个角信号回路电路,该电路分别为第一电路板、 第二电路板、第三电路板设置,连接在控制电路板 上; 三个振动控制电路,该电路分别为第一电路板、第 二电路板、第三电路板设置,包含在连接在控制电 路板上; 一振荡器用来为X轴振动型角速率检测单元、Y轴 振动型角速率检测单元、Z轴振动型角速率检测单 元、角信号回路电路和振动控制电路提供参考拾 取信号; 三个振动处理模块,分别为第一电路板、第二电路 板、第三电路板设置,连接在控制电路板者。57.如 申请专利范围第56项所述之系统,其中,上述加速度 产生器包含: 一X轴加速度计,位于第二电路板上并和控制电路 板的角增量和速度增量产生器相连; 一Y轴加速度计,位于第一电路板上并和控制电路 板的角增量和速度增量产生器相连; 一Z轴加速度计,它位于第三电路板上并和控制电 路板的角增量和速度增量产生器相连者。58.如申 请专利范围第57项所述之系统,其中,所述第一前端 电路、第二前端电路和第三前端电路,用来分别条 理X、Y、Z轴振动型角速率检测单元的输出信号,每 一前端电路包含: 一个阻抗转换放大器电路,连接于相应的X、Y、Z轴 振动型角速率检测单元,用以把振动运动信号的阻 抗,从很高的水平,大于100兆欧姆,转换为低阻抗,小 于100欧姆,以便获得两路振动位移信号,其为表示 惯性质量块和锚梳之间位移的交流电压信号,这两 路振动位移信号被输入给振动控制电路; 一个高通滤波器电路,分别连接于相应的X、Y、Z轴 振动型角速率检测单元,用以去除振动位移差分信 号中残余的振动驱动信号和噪声以便形成过滤后 的振动位移差分信号给角信号回路电路者。59.如 申请专利范围第58项所述之系统,其中,所述X、Y、Z 轴振动型角速率检测单元都是振动型器件,包含至 少一套振动的惯性质量块,包括调谐音叉及相应的 支撑结构和器件,如电容性信号读出器件,并且利 用克里奥里斯效应检测载体的角速率,每一X、Y、Z 轴振动型角速率检测单元接收来自相应的振动控 制电路的振动驱动信号,以便保持惯性质量块的振 动,以及来自振动器的载波参考振荡信号,包含电 容读出激励信号,而且,X、Y、Z轴振动型角速率检 测单元分别利用动力学(克里奥里斯力)检测载体 的X、Y、Z轴角速率,输出角速率引起的信号,包含 调制在载波参考振荡信号上的角速率位移信号,该 信号输出给第一、二、三前端电路的阻抗转换放 大器电路,以及惯性质量块的振动信号,包含振动 位移信号,该信号输出给第一、二、三前端电路的 高通滤波器电路者。60.如申请专利范围第59项所 述之系统,其中,上述三个振动控制电路分别接收 来自X、Y、Z轴振动型角速率检测单元的惯性质量 块的振动位移信号,以及来自振荡器的参考拾取信 号,产生已知相位的惯性质量块的位移的数位信号 ,每一个振动控制电路包含: 一个放大器和加法器电路,连接于第一、二、三前 端电路的阻抗转换放大器电路,把两路振动位移信 号放大十倍以上,以提高灵敏度,通过把中心锚梳 的信号与旁边锚梳的信号相减,来结合两路振动位 移信号,以形成振动位移差动信号; 一个高通滤波器电路,连接于放大器和加法器电路 ,以便从振动位移差动信号中除去残余振动驱动信 号和杂讯,产生过滤后的振动位移差动信号; 一个解调器电路,连接于高通滤波器电路,以从振 荡器接收电容检出激励信号作为相位参考信号,从 高通滤波器接收滤波后的振动位移差动信号,并提 取过滤后的振动位移差动信号的同相部分用以产 生已知相位的惯性质量块的位移信号; 一个低通滤波器,连接于解调器电路,以从输入的 惯性质量块位移信号中除去高频杂讯,形成低频惯 性质量块位移信号; 一个类比/数位转换器,连接于低通滤波器,用以将 类比低频惯性质量块位移信号,转换为数位化低频 惯性质量块位移信号,并输出给振动处理模块; 一个数位类比转换器,对来自振动处理模块所选的 信号幅度进行处理,以便形成具有正确幅度的振动 驱动信号; 一个放大器,基于正确的频率和幅度的振动驱动信 号,为X、Y、Z轴振动型角速率检测单元产生和放大 振动驱动信号者。61.如申请专利范围第60项所述 之系统,其中,所述X、Y、Z轴振动型角速率检测单 元中的惯性质量块的振动通常是由具有精确幅度 的高频正弦信号驱动的其中,所述振动处理模块接 收来自振动控制电路的类比/数位转换器的已知相 位的数位化低频惯性质量块位移信号,用来搜索具 有最高质量因子(Q)値的频率,锁定该频率,锁定幅 度,产生振动驱动信号,包括具有精确幅度的高频 正弦信号,给X、Y、Z轴振动型角速率检测单元,以 便使惯性质量块振动在预定的谐振频率下者。62. 如申请专利范围第61项所述之系统,其中,所述振动 处理模块近一步包含一个离散快速富里叶变换( Fast Fourier Transform, FFT)模块,一个频率和幅度数据 存储阵模块,一个最大値检测逻辑模块及一个Q値 分析和选择逻辑模块,以便找到具有最大値的频率 ,其中, 离散快速富里叶变换模块用来变换来自振动运动 控制电路的类比数位转换器的数位化的低频惯性 质量块的位移信号,以便形成输入惯性质量块位移 信号的频幅上的幅度数据; 频率和幅度数据存储阵模块,接收幅度和频谱数据 ,以形成一个幅度和频谱数据阵; 最大値检测逻辑模块,将来自幅度和频谱数据阵的 频谱数据阵的频谱分割为一些频谱段,并从当地频 谱段中选择出具有最大幅度的频率; Q値分析和选择逻辑模块,在选出的频率上进行Q値 分析,通过计算幅度和频带宽度的比値,选择频率 和幅度,其中,计算用的频带宽度取每一个最大频 率点最大値的正负二分之一之间者。图式简单说 明: 第一图:一个本发明系统的执行器优选实现方案。 第二图:一台配备本发明系统优选实现方案的机关 枪。 第三图:配备本发明系统优选实现方案的机关枪上 的指向控制器。 第四图:本发明系统优选实现方案中的目标预测装 置。 第五图:显示了本发明的小型惯性测量组件的优选 方案之处理模块。 第六图:显示了本发明的小型惯性测量组件的优选 方案之处理模块及相应的热控制处理模块。 第七图:显示了本发明的小型惯性测量组件的优选 方案之处理模块及相应的热补偿处理模块。 第八图:显示了本发明的小型惯性测量组件的优选 方案之角增量和速度增量产生器,用来处理角速率 产生器和加速度产生器输出电压信号。 第九图:显示了本发明的小型惯性测量组件的优选 方案之另一角增量和速度增量产生器,用来处理角 速率产生器和加速度产生器输出电压信号。 第十图:显示了本发明的小型惯性测量组件的优选 方案之另一角增量和速度增量产生器,用来处理角 速率产生器和加速度产生器输出电压信号。 第十一图:显示了本发明的小型惯性测量组件的优 选方案之另一角增量和速度增量产生器,用来处理 角速率产生器和加速度产生器输出电压信号。 第十二图:显示了本发明的小型惯性测量组件的优 选方案之热处理器,用来处理热敏感产生器输出的 模拟电压信号。 第十三图:显示了本发明的小型惯性测量组件的优 选方案之另一热处理器,用来处理热敏感产生器输 出的模拟电压信号。 第十四图:显示了本发明的小型惯性测量组件的优 选方案之另一热处理器,用来处理热敏感产生器输 出的模拟电压信号。 第十五图:显示了本发明的小型惯性测量组件的优 选方案之处理模块。 第十六图:显示了本发明的小型惯性测量组件的优 选方案之温度数字化器,用来处理热敏感产生器输 出的模拟电压信号。 第十七图:显示了本发明的小型惯性测量组件的优 选方案之另一温度数字化器,用来处理热敏感产生 器输出的模拟电压信号。 第十八图:显示了本发明的小型惯性测量组件的优 选方案之处理模块及相应的热补偿处理模块。 第十九图:显示了本发明的小型惯性测量组件的优 选方案之姿态和航向处理模块。 第二十图:显示了本发明的小型惯性测量组件的优 选方案之位置和速度处理模块。 第二十一图:显示了本发明的小型惯性测量组件的 优选方案之机械结构和电路板布局的透视图。 第二十二图:显示了本发明的小型惯性测量组件的 优选方案之切面图。 第二十三图:显示了本发明的小型惯性测量组件的 优选方案之内部四块电路板之间的连接图。 第二十四图:显示了本发明的小型惯性测量组件的 优选方案之第1,2,3,4电路板的前端电路的框图。 第二十五图:显示了本发明的小型惯性测量组件的 优选方案之第3电路板的ASIC芯片的框图。 第二十六图:显示了本发明的小型惯性测量组件的 优选方案之第3电路板的DSP里运行的处理模块。 第二十七图:显示了本发明的小型惯性测量组件的 优选方案之第3电路板的ASIC芯片的角信号回路电 路的框图。 第二十八图:显示了本发明的小型惯性测量组件的 优选方案之第3电路板的ASIC芯片的抖动运动控制 电路的框图。 第二十九图:显示了本发明的小型惯性测量组件的 优选方案之第3电路板的ASIC芯片的热控制电路的 框图。 第三十图:显示了本发明的小型惯性测量组件的优 选方案之第3电路板的DSP里运行的抖动运动控制处 理模块。
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