CN204359320U

CN204359320U - 基于gps和ins的车载组合导航装置

Info

Publication number: CN204359320U
Application number: CN201420867148.0U
Authority: CN
Inventors: 高同跃; 刘海峰; 史何定
Original assignee: Upper Hainan Airlines Appearance Observing And Controlling Science And Technology Ltd
Current assignee: Upper Hainan Airlines Appearance Observing And Controlling Science And Technology Ltd
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2024-12-31

Abstract

一种基于GPS和INS的车载组合导航装置，包括：具有显示的控制器、GPS接收机和带有传感器电路板的INS装置，其中：控制器和GPS接收机分别与INS装置中的传感器电路板相连。本装置能够实现GPS、INS两个子系统的拆卸分离，减少系统更换升级时的资源浪费，降低系统开发、使用成本，并提高系统的可集成性、工作可靠性及设备的装拆便利性与可维护性。

Description

基于GPS和INS的车载组合导航装置

技术领域

本实用新型涉及的是一种车载导航技术领域的系统，具体是一种基于全球定位系统GPS(Global Positioning System)和惯性导航系统INS(Inertial Navigation System)的车载组合导航装置。

背景技术

现有的GPS和INS装置之间存在一定的优缺点互补的特性：第一，在进行导航定位时，INS误差会随着时间累积，导致系统导航定位精度下降，而GPS误差相对固定，其精度不受时间影响；第二，在城市高大建筑物、桥梁、隧道等地方进行导航定位时，GPS卫星信号被遮挡会导致导航效果差甚至无法进行导航定位，而INS无信号遮挡问题，可以对载体输出连续的导航定位信息；第三，INS要进行预热以及初始对准等操作，从系统启动到输出导航定位信息需要较长的时间，而GPS接收机的定位时间较短；第四，在成本方面，一台高精度的INS设备价格非常昂贵，而GPS接收设备的价格较低。将这两个系统有效地结合起来构成GPS/INS组合导航系统，充分发挥各子系统的优势，取长补短，可以有效地降低成本、提高导航系统的精度和可靠性。然而，现有GPS/INS组合导航系统在进行系统集成时，都是把GPS、INS两个子系统做成不可拆卸与分离的一体化系统，当需要对GPS/INS组合导航系统中的某一个子系统进行更换与升级时，另一子系统只能作废，造成极大的资源浪费。

在GPS和INS进行组合连接及安装定位时，各子系统之间、子系统内部具体采取何种连接与固定方式及设备外壳采用何种结构，以实现电气信号的连接及各部件的安装固定，对系统的工作可靠性及设备的装拆便利性、可维护性具有重要影响。

由于车辆的动力学特性及路面的颠簸不平等情况，车辆在行驶过程中会产生振动，影响系统中惯性仪表的性能，为了确保INS装置能长时间、稳定可靠地工作，必须采取有效的减振措施。橡胶类减振器凭借安装方便、工作可靠、减振效果良好等优点，在INS装置的减振应用中使用较多，然而其安装形式对构成的减振系统的性能有重大影响，常见的橡胶垫圈单面支撑安装构成的减振系统只能减少INS装置电路板上一个接触面传来的振动，而忽略了电路板另外一个面传来的振动，减振效果不佳。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于GPS和INS的车载组合导航装置，能够实现GPS、INS两个子系统的拆卸分离，减少系统更换升级时的资源浪费，降低系统开发、使用成本，并提高系统的可集成性、工作可靠性及设备的装拆便利性与可维护性。

本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括：具有显示的控制器、GPS接收机和带有传感器电路板的INS装置，其中：控制器和GPS接收机分别与INS装置中的传感器电路板相连。

所述的INS装置包括：带有橡胶减振机构的机械外壳以及设置于机械外壳内的传感器电路板和接口电路板，其中：橡胶减振机构设置于传感器电路板和机械外壳之间，传感器电路板与接口电路板相连。

所述的机械外壳包括：上盖和底座，其中：底座上的主端面上设有圆矩形的第一凸台，第一凸台的四个角上分部有四个第二凸台，第一凸台与上盖壁配合形成阶梯状的密封结构；第二凸台中有两个凸台之间连接有凸缘结构，第二凸台的高度高于凸缘的高度，以防止凸缘直接触传感器电路板；第二凸台上设有沉头孔和螺孔，与螺孔对应安装的螺钉从上至下依次连接上盖、橡胶减振机构和传感器电路板，而沉头孔则用于限制橡胶减振机构的位置。

所述的凸缘的外侧设有用于传感器电路板与接口电路板对应接口连接的凹槽，接口连接形式可为排针与排母接插件的形式。

所述的橡胶减振机构为对称安装的八个橡胶元件，分别与传感器电路板两表面的四个角相接触以实现减振，该橡胶元件优选为O型橡胶垫圈。

所述的底座的四个角上设有通孔，通孔与螺栓、螺母配合用于上盖、底座和接口电路板的连接。

所述的上盖与底座上螺孔、通孔对应位置均设有通孔，在与传感器电路板接口引出位置设有凹槽，供接口引出。

所述的上盖的内部与底座上四个第二凸台对应位置处设有凸台，以增大上盖对螺钉的支承能力，并和上盖上的凸缘共同支撑传感器电路板的背面，避免上盖与传感器电路板上元器件或过孔的接触，保证系统电气信号的稳定性。

所述的传感器电路板包括：ARM中央处理器以及分别与之相连的三轴陀螺仪、三轴加速度计、存储器及电源模块，其中：ARM中央处理器通过通过串行方式分别与控制器和GPS接收机相连，三轴陀螺仪和三轴加速度计分别通过SPI接口与ARM中央处理器相连，存储器通过IIC接口与ARM中央处理器相连；三轴陀螺仪和三轴加速度计分别采集车辆运动时的角速度和加速度信息，并将采集的信息传送至ARM中央处理器进行处理。

所述的接口电路板上设有两个RS232接口、一个电源接口、一个程序下载调试接口、一个与传感器电路板连接的接口以及两组用于设备安装的通孔，其中：两个RS232接口分别与GPS接收机和具有显示的控制器连接，程序下载调试接口可为JTAG接口，而两组通孔中的一组用于将上盖和底座固定于接口电路板上，另一组则用于将整个INS装置固定在GPS接收机板卡上。

技术效果

与现有技术相比，本实用新型的技术效果包括：

1)GPS接收机和INS装置可拆卸分离，以对组合导航系统中的任意一个子系统进行更换升级，能够有效降低系统开发、使用成本，减少资源浪费。

2)GPS接收机和INS装置通过接口电路板上的一组RS232接口进行串联，即可完成GPS和INS组合导航系统的集成，系统可集成性好。

3)上盖与底座的设计及二者的配合可有效保护置于其中的传感器电路板，并避免外壳与传感器电路板上元器件或过孔的接触，保证系统电气信号的稳定，提高系统的工作可靠性。

4)专门用一组螺钉实现上盖、橡胶减振机构、传感器电路板和底座的连接固定，使这些部件组成一个整体模块，再通过一组螺栓、螺母将这个整体模块固定于接口电路板上，再构成一个完整的INS装置，使得INS装置能模块化地进行组装与后期维护，提高了系统的装拆便利性与可维护性。

5)采用对称安装的橡胶减振机构，兼顾INS传感器电路板两个面传来的振动，可有效降低车辆振动对惯性器件的影响，提高系统性能。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图；

图2为INS装置的结构示意图；

图3为上盖的外部轴测图；

图4为上盖的内部轴测图；

图5为底座的轴测图。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：具有显示的控制器、GPS接收机和带有传感器电路板的INS装置，其中：控制器和GPS接收机分别与INS装置中的传感器电路板相连。

如图2、图3、图5所示，所述的INS装置包括：上盖3和底座6组成的机械外壳、橡胶减振机构4、传感器电路板5、底座6和接口电路板7。

所述的上盖3和底座6用螺钉组2、螺栓组1和螺母组8进行连接与安装固定，其中：螺钉组2依次穿过沉头通孔组303、橡胶减振机构4、通孔组502，再旋入螺孔组603，将上盖3、橡胶减振机构4、传感器电路板5、底座6连接固定成一整体模块，在组装及拆卸时以该整体模块为单位，进行模块化装拆；螺栓组1依次穿过沉头通孔组304、通孔组606、通孔组707，再与螺母组8连接，将上盖3和底座6连接固定在接口电路板7上，完成整个INS装置的组装；通孔组706用于将整个INS装置安装固定在GPS接收机板卡上，当需要对GPS/INS组合导航系统中的任一子系统进行更换或升级时，将连接在通孔组706处的连接件拆掉，即可完成GPS、INS装置结构上的分离。

所述的接口电路板7上除通孔组706和通孔组707之外，还设有RS232接口701、电源接口702、RS232接口703、JTAG接口704及排母接插件接口705。

如图1所示，所述的INS装置与GPS接收机之间通过RS232接口703进行串联，实现二者间的电气连接，完成GPS和INS组合导航系统的集成，而将RS232接口703断开，则可实现二者电气连接的分离；INS装置与具有显示的控制器之间通过RS232接口701进行连接，以实时显示和控制导航状态；INS装置与计算机之间通过JTAG接口704进行连接，实现程序的调试、下载；INS装置的供电则通过电源接口702实现；INS装置内部传感器电路板5和接口电路板7之间通过排针501、排母705接插件接口进行连接，实现传感器电路板5电源的供给和二者间信号的传递。

所述的机械外壳的上盖3和底座6经过专门设计，能帮助INS装置抵抗来自系统内部或外部的各种干扰因素的影响，提高系统运行的可靠性。如图3、图4、图5所示，底座6上有一个第一凸台601，其上有四个第二凸台602和一个连接两个凸台的凸缘607，其中：第一凸台601通过与上盖壁307的配合，形成阶梯结构，起到一定的密封作用，能更好地保护INS装置的传感器电路板及其上元件；四个第二凸台602上设有螺孔组603和沉头孔组604，螺孔组603用于旋入螺钉组2以实现上盖3、橡胶减振机构4、传感器电路板5、底座6之间的连接固定，沉头孔组604则可对橡胶减振机构4进行可靠限位；四个第二凸台602高于凸缘607，以防止凸缘607直接触及传感器电路板5，与传感器电路板5上元器件或过孔接触，从而损坏元器件或对电气信号造成干扰。而在凸缘607的外侧设有凹槽608，供传感器电路板5引出排针501与接口电路板7的排母705连接，并对排针501进行保护。另外，底座6的四角均打有通孔606，供连接上盖3、底座6和接口电路板7的螺栓组1通过。上盖3在对应底座6安装螺钉组2和螺栓组1的位置处分别设有四个沉头螺钉孔303和四个沉头螺栓孔304，且均为通孔；在对应传感器电路板5引出排针501位置处设有凹槽306，供排针501引出并避免上盖3与接口电路板7上接插件705的引脚接触，而对信号造成干扰。另外，上盖3外部设有一浅凹面301，可用于粘贴产品标签，浅凹面301与其周边的回字形凸缘302形成高度差，起到保护产品标签的作用；上盖3内部四个凸台308与凸沿305等高，这四个凸台308可增大上盖3对螺钉组2的支承能力。

所述的橡胶减振机构4中通过上下对称安装，分别与凸台308、凸台602接触，减少来自上盖3和底座6的激励振动对传感器电路板5上惯性器件的影响，提升系统性能。

Claims

1.一种基于GPS和INS的车载组合导航装置，其特征在于，包括：具有显示的控制器、GPS接收机和带有传感器电路板的INS装置，其中：控制器和GPS接收机分别与INS装置中的传感器电路板相连；所述的INS装置包括：带有橡胶减振机构的机械外壳以及设置于机械外壳内的传感器电路板和接口电路板，其中：橡胶减振机构设置于传感器电路板和机械外壳之间，传感器电路板与接口电路板相连。

2.根据权利要求1所述的基于GPS和INS的车载组合导航装置，其特征是，所述的机械外壳包括：上盖和底座，其中：底座上的主端面上设有圆矩形的第一凸台，第一凸台的四个角上分部有四个第二凸台，第一凸台与上盖壁配合形成阶梯状的密封结构；第二凸台中有两个凸台之间连接有凸缘结构，第二凸台的高度高于凸缘的高度，以防止凸缘直接触传感器电路板；第二凸台上设有沉头孔和螺孔，与螺孔对应安装的螺钉从上至下依次连接上盖、橡胶减振机构和传感器电路板，而沉头孔则用于限制橡胶减振机构的位置。

3.根据权利要求2所述的基于GPS和INS的车载组合导航装置，其特征是，所述的凸缘的外侧设有用于传感器电路板与接口电路板对应接口连接的凹槽。

4.根据权利要求1所述的基于GPS和INS的车载组合导航装置，其特征是，所述的橡胶减振机构为对称安装的八个橡胶元件，分别与传感器电路板两表面的四个角相接触以实现减振。

5.根据权利要求2所述的基于GPS和INS的车载组合导航装置，其特征是，所述的底座的四个角上设有通孔，该通孔与螺栓、螺母配合以连接上盖、底座和接口电路板。

6.根据权利要求2所述的基于GPS和INS的车载组合导航装置，其特征是，所述的上盖与底座上螺孔、通孔对应位置均设有通孔，在与传感器电路板接口引出位置设有凹槽。

7.根据权利要求2所述的基于GPS和INS的车载组合导航装置，其特征是，所述的上盖的内部与底座上四个第二凸台对应位置处设有凸台。

8.根据权利要求1所述的基于GPS和INS的车载组合导航装置，其特征是，所述的传感器电路板包括：ARM中央处理器以及分别与之相连的三轴陀螺仪、三轴加速度计、存储器及电源模块，其中：ARM中央处理器通过通过串行方式分别与控制器和GPS接收机相连，三轴陀螺仪和三轴加速度计分别通过SPI接口与ARM中央处理器相连，存储器通过IIC接口与ARM中央处理器相连；三轴陀螺仪和三轴加速度计分别采集车辆运动时的角速度和加速度信息，并将采集的信息传送至ARM中央处理器进行处理。

9.根据权利要求1所述的基于GPS和INS的车载组合导航装置，其特征是，所述的接口电路板上设有两个RS232接口、一个电源接口、一个程序下载调试接口、一个与传感器电路板连接的接口以及两组用于设备安装的通孔，其中：两个RS232接口分别与GPS接收机和具有显示的控制器连接，程序下载调试接口可为JTAG接口，而两组通孔中的一组用于将上盖和底座固定于接口电路板上，另一组则用于将整个INS装置固定在GPS接收机板卡上。