CN203519837U

CN203519837U - 一种导航计算机及导航系统

Info

Publication number: CN203519837U
Application number: CN201320618533.7U
Authority: CN
Inventors: 范首东
Original assignee: Aerospace Science and Industry Shenzhen Group Co Ltd
Current assignee: Aerospace Science and Industry Shenzhen Group Co Ltd
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2023-09-30

Abstract

本实用新型适用于导航领域，提供了一种导航计算机及导航系统，所述导航计算机包括组合导航卡尔曼滤波器；以及分别与组合导航卡尔曼滤波器连接的接收器和处理器；与所述处理器连接的SINS数据采集卡。本实用新型通过利用位置和速度信息进行全球定位系统GPS与惯性导航系统的组合导航，提高全球定位系统GPS的导航精度以及利用GPS导航信息在线校正惯性导航系统。

Description

一种导航计算机及导航系统

技术领域

本实用新型属于导航领域，尤其涉及一种导航计算机及导航系统。

背景技术

GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据来确定接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出，用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到。当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码发射导航电文。导航电文从卫星信号中调制出来，包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。其中最重要的为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟作对比获知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，从而获知用户在WGS-84大地坐标系中的位置、速度信息。

惯性导航是依据牛顿惯性原理，利用惯性元件（加速度计）来测量运载体本身的加速度，经过积分和运算得到速度和位置，从而达到对运载体导航定位的目的。组成惯性导航系统的设备安装在运载体内。

全球定位系统GPS卫星信号容易受到人为干扰：在高动态环境下，将产生较大的卫星信号跟踪误差，甚至可能造成卫星信号失锁；在山区、丛林、高层建筑群、矿井、隧道及水下等环境中使用受到限制；而且导航数据输出率较低，不能满足载体实时导航与制导要求。

惯性导航系统定位误差随时间积累；初始对准时间长；高精度惯导设备制造技术难度较大，价格昂贵。

实用新型内容

本实用新型提供一种导航计算机及导航系统，以提高全球定位系统GPS的导航精度以及利用GPS导航信息在线校正惯性导航系统。

本实用新型实施例是这样实现的，一种导航计算机，所述计算机包括：

组合导航卡尔曼滤波器；以及

分别与组合导航卡尔曼滤波器连接的接收器、处理器；与处理器连接的SINS数据采集卡。

进一步地，所述接收器包括RS-232/422通信接口、LPT并口。

本实用新型还提供了一种导航系统，所述系统包括上述的导航计算机；以及分别与导航计算机连接的惯性测量装置、GPS接收机。

进一步地，所述惯性测量装置包括陀螺仪、加速度计。

进一步地，所述GPS接收机包括RF信号处理器、信号通道以及GPS卡尔曼滤波器，所述RF信号处理器、信号通道、GPS卡尔曼滤波器依次连接。

进一步地，所述系统还包括导航显示设备，所述导航显示设备与导航计算机连接。

进一步地，所述系统还包括电源配置系统，所述电源配置系统与导航计算机、惯性测量装置、GPS接收机以及导航显示设备连接。

本实用新型通过接收器接收GPS接收机输出的载体的位置、速度信息，处理器根据SINS数据采集卡接收的惯性测量数据计算出载体的位置、速度信息，组合导航卡尔曼滤波器根据GPS和SINS输出的载体的位置、速度信息的差值得到系统误差状态参量，对惯性测量装置进行在线修正，实现了GPS导航信息在线校正惯性测量装置；同时导航计算机向GPS接收机发送辅助数据，辅助GPS接收机信号通道的跟踪环路。与现有技术相比，本实用新型利用位置和速度信息，进行全球定位系统GPS与惯性导航系统的组合导航，提高全球定位系统GPS的导航精度以及利用GPS导航信息在线校正惯性导航系统。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的导航计算机的结构图；

图2是本实用新型实施例提供的导航系统的结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一

图1示出了本实用新型实施例提供的导航计算机的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

导航计算机1包括接收器11、SINS数据采集卡12、处理器13、组合导航卡尔曼滤波器14。

接收器11与组合导航卡尔曼滤波器14连接，用于接收GPS接收机输出的载体的位置、速度信息，并传输到组合导航卡尔曼滤波器14。接收器由RS-232/422通信接口和LPT并口组成。

作为本发明的一个实施示例，GPS导航数据通过串口COM，采用RS-232/422通信接口标准，输送到导航计算机；同时1pps时钟频标脉冲由并口LPT传入，给计算机提供一个时钟中断信号，以实现GPS与SINS数据的时间同步。

SINS数据采集卡12与处理器13连接，用于接收惯性测量装置输出的测量数据，并传输到处理器13。SINS数据采集卡是具有A/D转换功能的数据采集卡。

处理器13与组合导航卡尔曼滤波器14连接，用于调用SINS力学编排方程，对SINS数据采集卡接收的测量数据进行导航计算，输出载体的位置、速度信息到组合导航卡尔曼滤波器14。

组合导航卡尔曼滤波器14，用于对GPS和SINS输出的载体的位置、速度信息的差值进行滤波处理，计算系统误差状态参量，并且反馈校正惯性测量装置，完成组合导航计算，同时将组合导航数据输出到导航显示设备进行显示。

在本实用新型实施例中，通过接收器接收GPS接收机输出的载体的位置、速度信息，处理器根据SINS数据采集卡接收的惯性测量数据计算出载体的位置、速度信息，组合导航卡尔曼滤波器根据GPS和SINS输出的载体的位置、速度信息，作差，进行滤波处理计算系统误差状态参量，对惯性测量装置进行在线修正，实现了GPS导航信息在线校正惯性测量装置；同时导航计算机向GPS接收机发送惯性导航系统的辅助数据，辅助GPS接收机信号通道的跟踪环路，解决了全球定位系统GPS在高动态环境下卫星信号跟踪存在误差、抗干扰性能不高的问题，当载体机动或干扰使卫星信号失锁时，由惯性导航系统暂时提供导航数据。

实施例二

图2示出了本实用新型实施例提供的导航系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。

导航系统包括导航计算机1、惯性测量装置2、GPS接收机3、导航显示设备4以及电源配置系统5。

惯性测量装置2与导航计算机1连接，包括陀螺仪21、加速度计22。其中陀螺仪21用来测量运载体的运动角速度；加速度计22用来测量运载体的线性加速度。

GPS接收机3与导航计算机1连接，用于接收GPS数据信息，并输出GPS导航数据。GPS接收机的核心是一块GPS OEM板，所述GPS OEM板上包括RF信号处理器31、信号通道32以及GPS卡尔曼滤波器33。所述RF信号处理器31用于获取GPS信号，信号通道32用于跟踪GPS信号，GPS卡尔曼滤波器用于对所述GPS信号进行导航计算，得出载体的位置和速度信息，并将所述位置和速度信息发送到导航计算机1。所述GPS接收机同时接收惯性导航系统提供的惯导辅助数据，增加GPS接收机信号通道跟踪环的等效带宽，从而增强了抗干扰性能和减少动态跟踪误差。

导航计算机1用于将惯性测量装置2和GPS接收机3输出的位置和速度的差值作为测量值，完成组合导航计算，并对惯性测量装置2进行反馈校正和对GPS接收机进行惯性辅助。

导航显示设备4与导航计算机1连接，用于接收导航计算机输出的组合导航数据，显示导航信息、数据查询和错误提示等功能。

电源配置系统5，分别与导航计算机1、惯性测量装置2、GPS接收机3连接。由电源模板、电子模板、高压甚高压模板和配电系统构成，为GPS接收机、惯性测量装置、导航计算机提供标准电源支持。同时，还为GPS接收机的OEM板和ROM等配置专用锂电池，确保在外部电源断开后，仍有持续电源供给，用于保存GPS卫星历书数据、存储在ROM中的系统软件和应用软件、以及保持GPS时钟和计算机时钟的正常运行。

本实用新型通过GPS接收机输出载体的位置、速度信息，处理器根据惯性测量装置输出的测量信号得出载体的位置、速度信息，组合导航卡尔曼滤波器对处理器和GPS接收机输出的载体的位置、速度信息，作差进行导航计算，得到系统误差状态参量。导航计算机根据系统误差状态参量对惯性测量装置进行在线修正，实现了GPS导航信息在线校正惯性测量装置；同时向GPS接收机发送惯导系统的辅助数据，辅助GPS接收机信号通道跟踪环路，解决了全球定位系统GPS在高动态环境下卫星信号跟踪存在误差、抗干扰性能不高的问题，当载体机动或干扰使卫星信号失锁时，由惯性导航系统暂时提供导航数据。

对于GPS载波相位测量，惯导系统提供的辅助导航信息有利于GPS卫星整周模糊度参量的快速解算，能够解决周跳探测与修复问题，并且降低至少4颗卫星同步可观测的要求。

本实用新型采用中、低精度的惯性测量仪表与GPS OEM板集成，技术上容易实现，设备成本低。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种导航计算机，其特征在于，所述计算机包括：

组合导航卡尔曼滤波器；以及

分别与组合导航卡尔曼滤波器连接的接收器和处理器；

与处理器连接的SINS数据采集卡。

2.如权利要求1所述的导航计算机，其特征在于，所述接收器包括RS-232/422通信接口及LPT并口。

3.一种导航系统，其特征在于，所述系统包括权利要求1或2所述的

导航计算机；以及

分别与导航计算机连接的惯性测量装置、GPS接收机。

4.如权利要求3所述的导航系统，其特征在于，所述惯性测量装置包括陀螺仪、加速度计。

5.如权利要求3所述的导航系统，其特征在于，所述GPS接收机包括RF信号处理器、信号通道、GPS卡尔曼滤波器，所述RF信号处理器、信号通道、GPS卡尔曼滤波器依次连接。

6.如权利要求3所述的导航系统，其特征在于，所述系统还包括导航显示设备，所述导航显示设备与导航计算机连接。

7.如权利要求3所述的导航系统，其特征在于，所述系统还包括电源配置系统，所述电源配置系统分别与导航计算机、惯性测量装置、GPS接收机以及导航显示设备连接。