簡易陀螺儀慣性制導系統設計

陳和洲　陳登林

摘 要：在設計陀螺儀的過程中，需要注意陀螺儀應用于飛機控制飛行慣性制導系統時需要搭建傳感器、單片機、晶體放大驅動三大模塊。隨后需要綜合積分算法，從而保證陀螺儀可以自行調整飛機航線，而這項技術一般應用于自動駕駛系統中，飛行員在飛機飛行的過程中使用自動駕駛技術就能夠極大的降低工作量，從而提升飛行質量。本文主要針對于簡易陀螺儀在制作的過程中慣性制導系統的設計進行分析，并且對于未來的簡易陀螺儀慣性制導系統設計方案進行了闡述。

關鍵詞：簡易陀螺儀 慣性制導 調整航線 積分算法

慣性導航系統涉及精密機械、計算機技術、微電子、光學、自動控制、材料等領域，由此可見，慣性導航系統的發展與多項頂尖領域的發展相關。現代科技的增長實現了我國飛行區慣性傳感器方面的進步，陀螺儀作為較為常見的慣性敏感器，成為了INS系統的基礎核心。因此，陀螺儀的技術水平影響到了我國慣性導航系統的發展。

1 陀螺慣性制導的發展趨勢

未來陀螺慣性制導發展過程中，激光將會發揮出更大的作用。與傳統機械陀螺相比，激光測向有更高的可靠性和更高的性能。當下世界上很多國家已經開始了激光陀螺的研發，不同的用途決定了對陀螺儀不同的要求，例如戰略導彈、空間飛行器、自主式潛艇導航、高能激光武器瞄準、跟蹤等等都需要使用高度慣性陀螺。而一些精度不高的瞄準任務則是需要使用中等精度慣性陀螺[1]。

2 系統設計

2.1 系統的組成與結構

慣性制導系統主要的構成內容有傳感器、單片機、放大驅動、細小元件等等。傳感器主要的作用就是測量角數據，提供數據來進行修正。傳感器在運行的過程中相關數據需要使用單片機來進行收集，隨后將屬于用于計算，就能夠掌握直升機當下的偏離角速度。最后經過放大驅動模塊的加強，可以將電信號放大到可以驅動電機的程度[2]。控制信號與螺旋槳轉動呈現相反對應的情況，左側信號閃動，表示右側螺旋槳轉動，右側信號閃動，表示左側螺旋槳轉動。下圖1為直升機系統的組成圖。

2.2 電路設計

2.2.1 放大驅動電路

放大驅動電路的端口與需要與STC系統相連接，從而轉動電機，帶動螺旋槳[4]。放大驅動電路的主要技術來源來自于H橋式電機驅動電路，將這一電路進行改進之后得出放大驅動電路。將4個與門同一“使能”的導通信號相連接，使用同一信號就能夠控制電路的運行狀態和運行效果。而將兩個非門通過一種方向輸入電流之后可以保證任何時候H橋電路上同側都只有一個三極管通電。而一般來說，電機的運行需要三個信號進行控制：兩個方向信號、一個使能信號，改進之后的電路可以控制電機的運行，保證電機在兩個方向上前進[5]。

2.2.2 單片機電路

單片機在運行的過程中，作用在于換算出直升機當下的偏離航線以及偏離角速度，從而得出回正角度數值，進而通過電機的數據提醒，讓飛行員調整回飛行方向。與其他模塊相比較，這一模塊較小，但是承擔了非常重要的作用。單片機的電路中RST端口連接復位電路作用在于保證單片機內部各電路的具體數值。而VCC端口的作用在于能夠與供電電路相連接，保證單片機供電。

3 結語

在系統設計完成之后，經過測試能夠更好地控制直升機的航向控制，這一系統的完成真正意義上實現了簡易陀螺儀慣性制導系統的設計。未來的激光制導陀螺儀將正式的取代機械陀螺儀，同時也能夠將運動物體的方位確定得到更好的落實。未來，航空、航天、國防等等領域都將使用慣性陀螺儀作為慣性導航儀器，這是科技決定的發展方向[6]。在慣性制導的過程中，陀螺儀是控制飛機飛行、武器瞄準的重要部件，正是由于陀螺儀具有良好的平衡性以及空間定向性，因此將廣泛應用于未來的飛行設備中。伴隨著科技的發展與進步，越來越多的無人飛行器材也將出現，陀螺儀慣性制導的意義就在于能夠將飛行員的工作量無限縮小，甚至最后可以使用計算機進行自主控制，這對于無人機等等無人飛行器也是良好的發展前景[7]。

參考文獻：

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[3]王寧，吳亞，楊毅，等.一種小型無人船導航-制導-控制系統設計與驗證[J].大連海事大學學報，2019（4）：1-8.

[4]包建華，李道亮，王鵬，等.海參捕撈裝置導航中低成本陀螺儀的降噪研究與試驗[J].中國農業大學學報，2018（12）：122-130.

[5]杜瑾，趙華超，鄭哲，等.捷聯慣導互補濾波姿態融合算法設計[J].傳感技術學報，2018（10）：1547-1552.

[6]阮衛，馮連鳴，國琳娜，等.捷聯慣導外場條件下系統級標定技術仿真方法[J].水下無人系統學報，2018（4）：330-334，341.

[7]李秦牧，朱大奇，鄧志剛.水下機器人慣性導航系統[J].現代計算機（專業版），2018（21）：39-43，49.