CN1139786C - 自主式定位定向导航仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自主式定位定向导航仪，由GPS接收机、惯性测量传感器组件(IMU)、导航计算设备、信息输出设备组成。其中，惯性测量传感器组件由陀螺仪、加速度计和A/D转换板构成。导航计算机将惯性测量传感器和GPS接收机输入的数据进行数据融合，得到载体的瞬间位置、速度、方位和姿态导航信息。这种导航仪抗干扰，输出连续的定位定向信息，无定位误差累积。可广泛用于机动车、空中飞行器和船舶的定位定向。

Description

自主式定位定向导航仪
一、技术领域
本发明涉及一种自主式定位定向导航仪，尤其是机动车车载自主式定位定向导航仪。
二、背景技术
全球定位系统(GPS)可为全球范围提供全天候、连续三维的定位和导航能力，已广泛应用于航空、航天、航海及地面运载工具的导航和定位。GPS的突出优点是定位精度高，并且定位精度不受时间和地区的限制。但是，当GPS接收机天线受到遮挡或信号受到干扰时，GPS就不能正常工作。此外，GPS接收机输出信息的更新率较低，不能满足载体大机动的要求。因此，目前GPS还只能作为一种辅助导航设备，而不能作为唯一的导航设备使用。惯性导航系统(INS)是通过对惯性测量器件(IMU)测得的载体角速度、加速度进行运算和变换获得各种导航信息，其优点是完全自主，抗干扰能力强，隐蔽性、实时性好。但是惯性导航系统的不足之处是，导航定位误差随时间累积。此外，还有体积和重量大、成本高及高度通道不稳定等问题。
三、发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种抗干扰、实时连续输出定位定向信息且无定位误差累积的自主式定位定向导航仪。
本发明自主式定位定向导航仪由GPS接收机A、GPS接收机B、惯性测量传感器组件(IMU)、导航计算机、信息输出设备组成。其中，惯性测量传感器组件由陀螺仪、加速度计和A/D转换板构成。惯性测量传感器组件数据输出接口1与导航计算机串行接口4联接。GPS接收机A数据输出接口2与导航计算机串行接口5联接，GPS接收机B数据输出接口3与导航计算机串行接口6联接。GPS接收机A、B安装在载体的纵轴线方向的前后位置上，相互保持确定的距离。导航计算机输出接口7与信息输出设备数据输入接口8联接。
本发明自主式定位定向导航仪，其惯性测量传感器组件还可以是包含三个陀螺仪和三个加速度计。
惯性测量传感器组件内的陀螺仪和加速度计测得的载体角速率和加速度信号，经过A/D转换，由模拟信号转换为数字信号，然后输入导航计算机。GPS接收机A、B将接收到的码相位和载波相位信息分别输入导航计算机。基于GPS接收机输入的两组信息，在附加条件(GPS接收机A、B之间距离固定不变)约束下，进行定位解算，得到载体位置和方位。导航计算机将惯性测量传感器组件和GPS接收机输入的数据进行数据融合，得到载体的瞬间位置、速度、方位导航信息，这些导航信息经信息输出设备输出。当惯性测量传感器组件中包含三个陀螺仪和三个加速度计时，同时还可以输出载体的姿态(俯仰角、横滚角)和三维位置信息。
本发明自主式定位定向导航仪抗干扰、输出连续的定位定向信息，无定位误差累积。
四、附图说明
图1为发明自主式定位定向导航仪的组成结构示意图；
图2为发明自主式定位定向导航仪定位解算程序框图；
图3为发明自主式定位定向导航仪数据融合程序框图。
五、具体实施方式
本发明自主式定位定向导航仪用于机动车定位定向时，由GPS接收机A、GPS接收机B、惯性测量传感器组件(IMU)、导航计算机、信息输出设备组成，其中，惯性测量传感器组件由固态陀螺仪、固态加速度计和A/D转换板构成。惯性测量传感器组件输出接口1与导航计算机串行接口4联接。GPS接收机A、B安装于机动车车体纵轴线上，GPS接收机A装于车体头部，GPS接收机B装于车体尾部。GPS接收机A、B相互保持确定的距离。GPS接收机A数据输出接口2与导航计算机串行接口5联接，GPS接收机B数据输出接口3与导航计算机串行接口6联接。导航计算机输出接口7与信息输出设备数据输入接口8联接。惯性测量传感器组件内的陀螺仪和加速度计测得的载体角速率和加速度信号，经过A/D转换，由模拟信号转换为数字信号，然后输入导航计算机。GPS接收机A、B将接收到的码相位和载波相位信息分别输入导航计算机。基于GPS接收机输入的两组信息，在附加条件(GPS接收机A、B之间距离固定不变)约束下，进行定位解算，得到载体位置和方位。导航计算机将惯性测量传感器组件和GPS接收机输入的数据进行数据融合，得到载体的瞬间位置、速度、方位导航信息。这些导航信息经导航计算机输出接口7传递到信息输出设备的数据输入接口8，再经信息输出设备输出。
本发明自主式定位定向导航仪还可用于空中飞行器和舰船的定位定向。此时，自主式定位定向导航仪的惯性传感器组件包含三个陀螺仪和三个加速度计，导航仪可以输出载体的方位、姿态以及三维瞬间位置、速度。

Claims (1)

1、一种自主式定位定向导航仪，由GPS接收器A、GPS接收器B、惯性测量传感器组件(IMU)、导航计算机、信息输出设备组成，其特征是：惯性测量传感器组件由陀螺仪、加速度计和A/D转换板构成，惯性测量传感器数据输出接口(1)与导航计算机串行接口(4)联接，GPS接收机A数据输出接口(2)与导航计算机串行接口(5)联接，GPS接收机B数据输出接口(3)与导航计算机串行接口(6)联接，GPS接收机A、B安装在载体的纵轴线方向的前后位置上，相互保持确定的距离，导航计算机输出接口(7)与信息输出设备数据输入接口(8)联接。
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