CN204595216U - 一种利用imu辅助快速定位的gnss接收机装置 - Google Patents

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赵翔
李仁德
林文华
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Abstract

一种利用IMU辅助快速定位的GNSS接收机装置，包括GNSS接收机单元、控制单元、基准时钟源和IMU单元；用于提供同步脉冲的所述基准时钟源分别与GNSS接收机单元、控制单元和IMU单元电连接；GNSS接收机单元用于测量装置的位置信息；IMU单元用于测量装置的运动状态信息。本实用新型通过IMU单元提供装置的姿态信息，并将IMU单元提供的数据和GNSS接收机单元提供的位置数据进行同步，从而实现了快速高精度地测量位置信息，克服了现有定位技术中需要将定位装置静置较长时间的问题。

Description

一种利用IMU辅助快速定位的GNSS接收机装置
技术领域
本实用新型涉及一种GNSS接收机装置，尤其涉及一种利用IMU辅助快速定位的GNSS接收机装置。
背景技术
在GNSS接收机定位装置中，IMU主要与GNSS做组合导航，没有用于测量；高精度的测量，由于需要做投影处理(将天线相位中心投影到测试点的转换)，因此大部分的作业方式都是相对静止的状态下进行的，测量装置基本是用简单的控制器，使用串口和GNSS接收机相连，无法支持高频率的数据输出(串口的波特率限制)，受限控制器处理能力也无法做实时高频率输出的数据处理和解算，因此整个作业流程效率较低，不能实现快速精确的测量。
实用新型内容
为克服现有技术的不足，本实用新型提供一种利用了IMU辅助，在高动态下同步脉冲实现IMU和GNSS数据的同步，从而利用IMU输出的姿态、航向、航速来辅助GNSS，从而快速精准地进行高精度的定位。
本实用新型提供的技术方案为：
一种利用IMU辅助快速定位的GNSS接收机装置，
包括GNSS接收机单元、控制单元、基准时钟源和IMU单元；
用于提供同步脉冲的所述基准时钟源分别与GNSS接收机单元、控制单元和IMU单元电连接；
所述GNSS接收机单元与所述控制单元电连接，所述GNSS接收机单元用于测量装置的位置信息；
所述IMU单元与所述控制单元电连接，所述IMU单元用于测量装置的运动状态信息；
所述控制单元根据基准时钟源的同步脉冲信息将GNSS接收机单元的位置信息和IMU单元的装置运动状态信息同步，从而换算出GNSS接收机装置的位置。
优选的是，所述GNSS接收机单元与所述控制单元通过网口连接。
优选的是，所述GNSS接收机单元与所述控制单元之间的数据传输速度为50Hz，所述IMU单元与所述控制单元的数据传输速度为200Hz。
优选的是，所述GNSS接收机单元包括GNSS有源天线和GNSS接收机，所述GNSS有源天线 与所述GNSS接收机电连接。
优选的是，所述控制单元包括系统CPU(A8、A9处理器)、内存(512MB～1GB)、ROM、BT/WIFI和3G模块；所述内存、ROM、BT/WIFI和3G模块分别与所述系统CPU电连接。
优选的是，所述IMU单元包括三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计、温度传感器、气压计和MCU；所述三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计、温度传感器和气压计分别与所述MCU电连接。
本实用新型的有益效果：本实用新型通过网口与GNSS连接，实现GNSS数据50Hz的实时输出，利用基准时钟源，将IMU单元提供装置的姿态信息和GNSS接收机单元提供的位置数据进行同步，控制单元根据同步的数据将GNSS数据和IMU数据进行组合处理，从而实现了快速高精度地测量位置信息，克服了现有定位技术中需要将定位装置静置较长时间的问题。
附图说明
图1为本实用新型的电路结构示意图；
图2为本实用新型的GNSS接收机单元的电路结构示意图；
图3为本实用新型的控制单元的电路结构示意图；
图4为本实用新型的IMU单元的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，一种利用IMU辅助快速定位的GNSS接收机装置，包括GNSS接收机单元1、控制单元2、基准时钟源3和IMU单元4；
用于提供同步脉冲的所述基准时钟源3分别与GNSS接收机单元1、控制单元2和IMU单元4电连接；
如图2所示，所述GNSS接收机单元1与所述控制单元2电连接，所述GNSS接收机单元1用于测量装置的位置信息；所述GNSS接收机单元1包括GNSS有源天线和GNSS接收机，所述GNSS有源天线与所述GNSS接收机电连接。GNSS有源天线内部的放大器电路将天线介质接收下来的信号进行放大、滤波、整形处理后，将信号通过射频馈线发送给GNSS接收机，GNSS接收机将射频信号进行变频处理，将其处理为中频信号并送入ADC进行采样并进行模数转换，基带逻辑器件将数字信号进行解码并提取导航电文，得到位置、时间等需要的信息。
如图4所示，所述IMU单元4与所述控制单元电2连接，所述IMU单元4用于测量装置的 运动状态信息；IMU单元包括三轴加速度计、三轴MEMS陀螺仪、三轴的磁力计、气压计、温度传感器和MCU，三轴加速度计、三轴MEMS陀螺仪、三轴的磁力计、气压计和温度传感器通过I2C总线与MCU电连接。
三轴磁力计提供初始的位置方向，三轴加速度计和三轴陀螺仪提供相应轴向上的速度、位移(姿态、航向)上的变化，由于陀螺仪和加速度计对温度的敏感性较高，增加了温度传感器作为相应的温度线性补偿，气压计作为GNSS高程的辅助变化参考。移动测量过程存在静止加速度置零，因此不会累积叠加，实现了快速准确的测量，大大提高了效率。
如图3所示，所述控制单元根2据基准时钟源3的同步脉冲信息将GNSS接收机单元1的位置信息和IMU单元4的装置运动状态信息同步，从而换算出GNSS接收机装置的位置。控制单元包括系统CPU(AM335X、AM437X、A8、A9处理器)、低功耗协处理器(430单片机)、512MB DDR3、4G inand flash、无线数据链路(BT、WIFI、3G)、LED指示和按键。工作时，常开的低功耗协处理器检测到用户的开机操作，协处理器此时让电源LED指示灯常亮，将电源管理芯片打开，为系统CPU及其它外设供电，上电之后系统CPU从Inand ROM中引导系统到DDR3内存中运行。数据通过串口、网口，或者USB接口传输给系统CPU，系统通过WIFI，3G，另外一路RS232串口向外传输数据。数据通过串口、网口，或者USB接口传输给系统CPU，系统CPU将数据存储到存储器之中，用户可以通过USB OTG接口将数据存拷贝出来，也可以通过网口的Web UI方式，远程登录Web UI之后下载数据到本机电脑。
控制单元2收到定位请求后，GNSS接收机单元1通过网口将高精度的定位信息以50Hz的频率送给控制单元2，IMU单元4以200Hz的频率将数据通过SPI接口传送给控制单元2，控制单元2根据基准时钟源3的同步脉冲，将IMU单元4和GNSS接收机单元1的数据进行同步，然后将数据保存到相关的存储器上。
由于IMU单元4的数据和GNSS接收机单元2的数据完全的同步，因此控制单元3在某一高精度坐标点上，可以通过IMU提供的数据知道设备的倾斜状况，航向姿态状况，预估计判断误差，从而得快速测出当前测试点的高精度坐标。

Claims (6)

1.一种利用IMU辅助快速定位的GNSS接收机装置，其特征在于：
包括GNSS接收机单元、控制单元、基准时钟源和IMU单元；
用于提供同步脉冲的所述基准时钟源分别与GNSS接收机单元、控制单元和IMU单元电连接；
所述GNSS接收机单元与所述控制单元电连接，所述GNSS接收机单元用于测量装置的位置信息；
所述IMU单元与所述控制单元电连接，所述IMU单元用于测量装置的运动状态信息；
所述控制单元根据基准时钟源的同步脉冲信息将GNSS接收机单元的位置信息和IMU单元的装置运动状态信息同步，从而换算出GNSS接收机装置的位置。
2.根据权利要求1所述的利用IMU辅助快速定位的GNSS接收机装置，其特征在于：
所述GNSS接收机单元与所述控制单元通过网口连接。
3.根据权利要求1所述的利用IMU辅助快速定位的GNSS接收机装置，其特征在于：
所述GNSS接收机单元与所述控制单元之间的数据传输速度为50Hz，所述IMU单元与所述控制单元的数据传输速度为200Hz。
4.根据权利要求1所述的利用IMU辅助快速定位的GNSS接收机装置，其特征在于：
所述GNSS接收机单元包括GNSS有源天线和GNSS接收机，所述GNSS有源天线与所述GNSS接收机电连接。
5.根据权利要求1所述的利用IMU辅助快速定位的GNSS接收机装置，其特征在于：
所述控制单元包括系统CPU、内存、ROM、BT/WIFI和3G模块；所述内存、ROM、BT/WIFI和3G模块分别与所述系统CPU电连接。
6.根据权利要求1所述的利用IMU辅助快速定位的GNSS接收机装置，其特征在于：
所述IMU单元包括三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计、温度传感器、气压计和MCU；所述三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计、温度传感器和气压计分别与所述MCU电连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109189717A (zh) * 2018-09-07 2019-01-11 郑州信大先进技术研究院 一种多源数据同步采集系统
CN111034286A (zh) * 2017-08-21 2020-04-17 索尼公司 用于报告定位数据的方法

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