CN206804875U - 一种组合导航装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种组合导航装置，包括：壳体及组合导航电路，组合导航电路包括抗多径天线模块、GPS/BDII双模导航接收机、INS惯性导航模块、导航主控器、卡尔曼滤波器及与导航主控器输入端电连接的气压高度计，其中，抗多径天线模块与GPS/BDII双模导航接收机电连接；INS惯性导航模块内集成有IMU惯性测量单元，导航主控器的输入端与IMU惯性测量单元电连接，导航主控器的输出端与GPS/BDII双模导航接收机电连接；卡尔曼滤波器的输入端分别与导航主控器和GPS/BDII双模导航接收机电连接，卡尔曼滤波器的输出端与导航主控器电连接。通过本实用新型的技术方案，能够解决现有技术中GPS导航和BDS导航易受多径效应的影响而降低定位精度以及在受高大建筑物遮挡时无法定位导航的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及卫星导航技术领域，具体涉及一种组合导航装置。
背景技术
导航系统是舰船、弹箭、飞机、飞行器等运载体上必不可少的重要设备。导航就是在预定的时间内，按预定的计划和要求，将运载体从起点引导到目的地的过程。要完成此导航过程系统必须提供精确的导航参数，如姿态角、航向、速度、位置等信息。
其中，GPS(Global Positioning System，全球定位系统)和BDS(BeiDouNavigation Satellite System，中国北斗卫星导航系统)可以通过接收分布在空中的导航卫星发送的无线信号来计算定位信息，具有全球、全天候、高精度、实时导航定位等优点，可为用户提供精确的位置、速度和授时数据，但不能提供载体的姿态信息。而且其工作性能受环境条件、载体机动和无线电干扰的影响，很难准确定位甚至无法定位。另外，GPS和BDS系统数据输出频率低，在高动态场合，难以满足用户数据更新率高的要求。且GPS和BDS导航容易受到多径效应的影响而降低定位精度，尤其是在使用常用的小型导航天线时，其多径效应更加严重。在城市受到高大建筑物、桥梁或者隧道等的遮挡时会引起卫星信号的失锁，此时GPS和BDS导航系统不能为用户提供导航服务。
INS(Inertial Navigation System，惯性导航系统)具有自主导航能力，不受环境、载体机动及无线电干扰的影响，能连续地提供载体位置、速度和姿态等定位导航参数，其数据更新率快、量程较大，且具有短时间内较高的相对精度。但INS系统随着工作时间的延长，导航误差随时间积累增长，需要利用外部观测信息经常修正INS系统，控制其误差随时间的积累，难以满足用户的精度要求。
由于GPS、BDS与INS自身均存在优缺点，因此，如何将两者融合，摒除固有缺陷，利用各自优点，构建精确度高、不受环境、载体机动及无线电干扰影响的组合导航系统已成为亟待解决的问题。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种组合导航装置，将GPS导航、BDS导航和INS导航结合起来，以解决现有技术中GPS导航、BDS导航易受多径效应的影响而降低定位精度以及在受高大建筑物遮挡时无法定位导航的问题。
为实现以上目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种组合导航装置，包括：壳体及设置在所述壳体内的组合导航电路，其中，
所述组合导航电路包括抗多径天线模块、GPS/BDII双模导航接收机、INS惯性导航模块、导航主控器、卡尔曼滤波器及与所述导航主控器输入端电连接的气压高度计，其中，
所述抗多径天线模块与GPS/BDII双模导航接收机电连接；所述INS惯性导航模块内集成有IMU惯性测量单元，所述导航主控器的输入端与所述IMU惯性测量单元电连接，所述导航主控器的输出端与所述GPS/BDII双模导航接收机电连接；所述卡尔曼滤波器的输入端分别与所述导航主控器和GPS/BDII双模导航接收机电连接，所述卡尔曼滤波器的输出端与所述导航主控器电连接；
其中，所述抗多径天线模块包括GPS抗多径天线模块和BDII抗多径天线模块，所述GPS/BDII双模导航接收机包括GPS射频前端模块、BDII射频前端模块、基带信号处理模块、GPS解算处理模块、BDII解算处理模块和单片机；其中，所述基带信号处理模块的第一输入端通过GPS射频前端模块电连接所述GPS抗多径天线模块，所述基带信号处理模块的第二输入端通过BDII射频前端模块电连接所述BDII抗多径天线模块，所述基带信号处理模块的第一输出端电连接所述GPS解算处理模块，所述基带信号处理模块的第二输出端电连接所述BDII解算处理模块；所述单片机的输入端与所述GPS解算处理模块、BDII解算处理模块和导航主控器电连接，所述单片机的输出端与所述卡尔曼滤波器电连接。
优选地，所述IMU惯性测量单元包括三个单轴的加速度计、三个单轴的陀螺仪和信号预处理电路；其中，所述加速度计用于检测载体在惯性参考坐标系中独立三轴的加速度信号，所述陀螺仪用于检测载体相对于惯性参考坐标系的角速度信号；所述加速度计和陀螺仪分别与所述信号预处理电路电连接，所述信号预处理电路的输出端与所述导航主控器电连接。
优选地，所述信号预处理电路包括依次电连接的放大电路、滤波电路和模数转换电路。
优选地，所述加速度计为MEMS加速度计，所述陀螺仪为MEMS陀螺仪。
优选地，所述组合导航电路还包括通讯接口电路、第一通讯接口和第二通讯接口，其中，
所述通讯接口电路与所述导航主控器电连接；所述第一通讯接口和第二通讯接口与所述通讯接口电路电连接，并探出所述壳体。
优选地，所述第一通讯接口为RS-232UART串口，第二通讯接口为RS-422UART串口。
优选地，所述抗多径天线模块包括导航贴片天线、抗多径反射板以及天线有源单元，其中，所述导航贴片天线设置在所述抗多径反射板的正面且与所述抗多径反射板电连接；所述天线有源单元设置在所述抗多径反射板的背面且与所述抗多径反射板电连接，所述天线有源单元的输出端与所述GPS/BDII双模导航接收机电连接。
优选地，所述组合导航装置，还包括设置在所述壳体内的充电电路、电压转换电路及设置在所述壳体上的充电接口，其中，所述充电接口与所述充电电路电连接，所述充电电路用于存储外接电源提供的电能，并输出给所述电压转换电路；所述电压转换电路用于将所述充电电路输出的电能转换为所述组合导航电路的工作电压。
优选地，所述壳体的尺寸为58*45*30mm。
优选地，所述壳体由防水防尘材料制成。
本实用新型采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：
本实用新型提供的这种组合导航装置，GPS/BDII双模导航接收机通过抗多径天线模块实时接收GPS卫星信号和BDII卫星信号；同时，IMU惯性测量单元实时测量被测物体的三轴角速度、加速度信息，并通过导航主控器转发给GPS/BDII双模导航接收机；气压高度计实时测量气压高度信息，并通过导航主控器转发给GPS/BDII双模导航接收机。GPS/BDII双模导航接收机根据接收到的三轴角速度、加速度信息及气压高度信息，对GPS卫星信号和BDII卫星信号进行解算和差分定位，得到高精度的差分信号。卡尔曼滤波器对该高精度的差分信号、三轴角速度、加速度信息和气压高度信息进行误差修正，并将修正后的信号发送给导航主控器，导航主控器根据修正后的信号，计算出导航定位数据。
由于IMU惯性测量单元具有自主导航能力，不受环境、载体机动及无线电干扰的影响，能连续地提供载体位置、速度和姿态等定位导航参数，因此，当GPS卫星信号和BDII卫星信号受高大建筑物遮挡时无法定位导航或受多径效应的影响而降低定位精度时，可通过IMU惯性测量单元辅助进行导航定位，相比现有技术，本实用新型提供的这种组合导航装置，将GPS导航、BDII导航和INS导航各自的优点结合起来，使定位结果更加准确、可靠，能够有效提高导航定位的可靠性，同时，还能保证导航定位的完整性和连续性，持续为用户提供导航服务。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型一实施例提供的一种组合导航装置的组合导航电路的示意框图；
图2为图1所示的组合导航电路中多径天线模块和GPS/BDII双模导航接收机的示意框图；
图3为本实用新型一实施例提供的一种组合导航装置的主视图；
图4为本实用新型一实施例提供的一种组合导航装置的仰视图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
参见图1，本实用新型一实施例提供的一种组合导航装置，包括：壳体及设置在所述壳体内的组合导航电路，其中，
所述组合导航电路包括抗多径天线模块1、GPS/BDII双模导航接收机2、INS惯性导航模块3、导航主控器4、卡尔曼滤波器5及与所述导航主控器4输入端电连接的气压高度计9，其中，
所述抗多径天线模块1与GPS/BDII双模导航接收机2电连接；所述INS惯性导航模块3内集成有IMU惯性测量单元，所述导航主控器4的输入端与所述IMU惯性测量单元电连接，所述导航主控器4的输出端与所述GPS/BDII双模导航接收机2电连接；所述卡尔曼滤波器5的输入端分别与所述导航主控器4和GPS/BDII双模导航接收机2电连接，所述卡尔曼滤波器5的输出端与所述导航主控器4电连接；
参见图2，其中，所述抗多径天线模块1包括GPS抗多径天线模块11和BDII抗多径天线模块12，所述GPS/BDII双模导航接收机2包括GPS射频前端模块21、BDII射频前端模块22、基带信号处理模块23、GPS解算处理模块24、BDII解算处理模块25和单片机26；其中，所述基带信号处理模块23的第一输入端通过GPS射频前端模块21电连接所述GPS抗多径天线模块11，所述基带信号处理模块23的第二输入端通过BDII射频前端模块22电连接所述BDII抗多径天线模块12，所述基带信号处理模块23的第一输出端电连接所述GPS解算处理模块24，所述基带信号处理模块23的第二输出端电连接所述BDII解算处理模块25；所述单片机26的输入端与所述GPS解算处理模块24、BDII解算处理模块25和导航主控器4电连接，所述单片机26的输出端与所述卡尔曼滤波器5电连接。
需要说明的是，GPS射频前端模块用于将接收到的GPS卫星信号进行放大、下变频、滤波、采样、量化处理后，得到GPS数字中频信号；BDII射频前端模块用于将接收到的BDII卫星信号进行放大、下变频、滤波、采样、量化处理后，得到BDII数字中频信号；基带信号处理模块用于将GPS数字中频信号和BDII数字中频信号进行捕获、数字下变频、跟踪等处理；GPS解算处理模块用于完成GPS导航电文解析、定位结算、速度求解和解帧；BDII解算处理模块用于完成BDII导航电文解析、定位结算、速度求解和解帧；单片机用于结合导航主控器转发的三轴角速度和加速度信息，对GPS卫星信号和BDII卫星信号进行解算及差分定位，得到高精度的差分信号。
可以理解的是，本实用新型提供的这种组合导航装置，GPS/BDII双模导航接收机通过抗多径天线模块实时接收GPS卫星信号和BDII卫星信号；同时，IMU惯性测量单元实时测量被测物体的三轴角速度、加速度信息，并通过导航主控器转发给GPS/BDII双模导航接收机；气压高度计实时测量气压高度信息，并通过导航主控器转发给GPS/BDII双模导航接收机。GPS/BDII双模导航接收机根据接收到的三轴角速度、加速度信息及气压高度信息，对GPS卫星信号和BDII卫星信号进行解算和差分定位，得到高精度的差分信号。卡尔曼滤波器对该高精度的差分信号、三轴角速度、加速度信息和气压高度信息进行误差修正，并将修正后的信号发送给导航主控器，导航主控器根据修正后的信号，计算出导航定位数据。
由于IMU惯性测量单元具有自主导航能力，不受环境、载体机动及无线电干扰的影响，能连续地提供载体位置、速度和姿态等定位导航参数，因此，当GPS卫星信号和BDII卫星信号受高大建筑物遮挡时无法定位导航或受多径效应的影响而降低定位精度时，可通过IMU惯性测量单元辅助进行导航定位，相比现有技术，本实用新型提供的这种组合导航装置，将GPS导航、BDII导航和INS导航各自的优点结合起来，使定位结果更加准确、可靠，能够有效提高导航定位的可靠性，同时，还能保证导航定位的完整性和连续性，持续为用户提供导航服务。
优选地，所述IMU惯性测量单元包括三个单轴的加速度计、三个单轴的陀螺仪和信号预处理电路；其中，所述加速度计用于检测载体在惯性参考坐标系中独立三轴的加速度信号，所述陀螺仪用于检测载体相对于惯性参考坐标系的角速度信号；所述加速度计和陀螺仪分别与所述信号预处理电路电连接，所述信号预处理电路的输出端与所述导航主控器电连接。
优选地，所述信号预处理电路包括依次电连接的放大电路、滤波电路和模数转换电路。
优选地，所述加速度计为MEMS加速度计，所述陀螺仪为MEMS陀螺仪。
可以理解的是，IMU惯性测量单元选用MEMS加速度计和MEMS陀螺仪，均代表MEMS工艺惯性器件的领先水平，保证本实用新型提供的这种组合导航装置即使在GPS卫星信号和BDII卫星信号失锁时，也能在一定时间内保持较高的导航精度。MEMS加速度计和MEMS陀螺仪与其他类似加速度计和陀螺仪相比，有着显著的寿命和成本优势。同时，本实用新型提供的这种IMU惯性测量单元采用严格工艺保证产品在恶劣的环境下仍能精确测量载体的角速度和加速度参数。
优选地，所述组合导航电路还包括通讯接口电路6、第一通讯接口7和第二通讯接口8，其中，
所述通讯接口电路6与所述导航主控器4电连接；所述第一通讯接口7和第二通讯接口8与所述通讯接口电路6电连接，并探出所述壳体。
优选地，所述第一通讯接口7为RS-232UART串口，第二通讯接口8为RS-422UART串口。
优选地，所述抗多径天线模块1包括导航贴片天线、抗多径反射板以及天线有源单元，其中，所述导航贴片天线设置在所述抗多径反射板的正面且与所述抗多径反射板电连接；所述天线有源单元设置在所述抗多径反射板的背面且与所述抗多径反射板电连接，所述天线有源单元的输出端与所述GPS/BDII双模导航接收机2电连接。
优选地，所述组合导航装置，还包括设置在所述壳体内的充电电路、电压转换电路及设置在所述壳体上的充电接口，其中，所述充电接口与所述充电电路电连接，所述充电电路用于存储外接电源提供的电能，并输出给所述电压转换电路；所述电压转换电路用于将所述充电电路输出的电能转换为所述组合导航电路的工作电压。
参见图3和图4，优选地，所述壳体的尺寸为58*45*30mm。
所述壳体由防水防尘材料制成。
综上所述，本实用新型提供的这种组合导航装置，GPS/BDII双模导航接收机通过抗多径天线模块实时接收GPS卫星信号和BDII卫星信号；同时，IMU惯性测量单元实时测量被测物体的三轴角速度、加速度信息，并通过导航主控器转发给GPS/BDII双模导航接收机；气压高度计实时测量气压高度信息，并通过导航主控器转发给GPS/BDII双模导航接收机。GPS/BDII双模导航接收机根据接收到的三轴角速度、加速度信息及气压高度信息，对GPS卫星信号和BDII卫星信号进行解算和差分定位，得到高精度的差分信号。卡尔曼滤波器对该高精度的差分信号、三轴角速度、加速度信息和气压高度信息进行误差修正，并将修正后的信号发送给导航主控器，导航主控器根据修正后的信号，计算出导航定位数据。
由于IMU惯性测量单元具有自主导航能力，不受环境、载体机动及无线电干扰的影响，能连续地提供载体位置、速度和姿态等定位导航参数，因此，当GPS卫星信号和BDII卫星信号受高大建筑物遮挡时无法定位导航或受多径效应的影响而降低定位精度时，可通过IMU惯性测量单元辅助进行导航定位，相比现有技术，本实用新型提供的这种组合导航装置，将GPS导航、BDII导航和INS导航各自的优点结合起来，使定位结果更加准确、可靠，能够有效提高导航定位的可靠性，同时，还能保证导航定位的完整性和连续性，持续为用户提供导航服务。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
Claims (10)
1.一种组合导航装置，其特征在于，包括：壳体及设置在所述壳体内的组合导航电路，其中，
所述组合导航电路包括抗多径天线模块、GPS/BDII双模导航接收机、INS惯性导航模块、导航主控器、卡尔曼滤波器及与所述导航主控器输入端电连接的气压高度计，其中，
所述抗多径天线模块与GPS/BDII双模导航接收机电连接；所述INS惯性导航模块内集成有IMU惯性测量单元，所述导航主控器的输入端与所述IMU惯性测量单元电连接，所述导航主控器的输出端与所述GPS/BDII双模导航接收机电连接；所述卡尔曼滤波器的输入端分别与所述导航主控器和GPS/BDII双模导航接收机电连接，所述卡尔曼滤波器的输出端与所述导航主控器电连接；
其中，所述抗多径天线模块包括GPS抗多径天线模块和BDII抗多径天线模块，所述GPS/BDII双模导航接收机包括GPS射频前端模块、BDII射频前端模块、基带信号处理模块、GPS解算处理模块、BDII解算处理模块和单片机；其中，所述基带信号处理模块的第一输入端通过GPS射频前端模块电连接所述GPS抗多径天线模块，所述基带信号处理模块的第二输入端通过BDII射频前端模块电连接所述BDII抗多径天线模块，所述基带信号处理模块的第一输出端电连接所述GPS解算处理模块，所述基带信号处理模块的第二输出端电连接所述BDII解算处理模块；所述单片机的输入端与所述GPS解算处理模块、BDII解算处理模块和导航主控器电连接，所述单片机的输出端与所述卡尔曼滤波器电连接。
2.根据权利要求1所述的组合导航装置，其特征在于，所述IMU惯性测量单元包括三个单轴的加速度计、三个单轴的陀螺仪和信号预处理电路；其中，所述加速度计用于检测载体在惯性参考坐标系中独立三轴的加速度信号，所述陀螺仪用于检测载体相对于惯性参考坐标系的角速度信号；所述加速度计和陀螺仪分别与所述信号预处理电路电连接，所述信号预处理电路的输出端与所述导航主控器电连接。
3.根据权利要求2所述的组合导航装置，其特征在于，所述信号预处理电路包括依次电连接的放大电路、滤波电路和模数转换电路。
4.根据权利要求2所述的组合导航装置，其特征在于，所述加速度计为MEMS加速度计，所述陀螺仪为MEMS陀螺仪。
5.根据权利要求1所述的组合导航装置，其特征在于，所述组合导航电路还包括通讯接口电路、第一通讯接口和第二通讯接口，其中，
所述通讯接口电路与所述导航主控器电连接；所述第一通讯接口和第二通讯接口与所述通讯接口电路电连接，并探出所述壳体。
6.根据权利要求5所述的组合导航装置，其特征在于，所述第一通讯接口为RS-232UART串口，第二通讯接口为RS-422UART串口。
7.根据权利要求1～6任一项所述的组合导航装置，其特征在于，所述抗多径天线模块包括导航贴片天线、抗多径反射板以及天线有源单元，其中，所述导航贴片天线设置在所述抗多径反射板的正面且与所述抗多径反射板电连接；所述天线有源单元设置在所述抗多径反射板的背面且与所述抗多径反射板电连接，所述天线有源单元的输出端与所述GPS/BDII双模导航接收机电连接。
8.根据权利要求7所述的组合导航装置，其特征在于，还包括设置在所述壳体内的充电电路、电压转换电路及设置在所述壳体上的充电接口，其中，所述充电接口与所述充电电路电连接，所述充电电路用于存储外接电源提供的电能，并输出给所述电压转换电路；所述电压转换电路用于将所述充电电路输出的电能转换为所述组合导航电路的工作电压。
9.根据权利要求1所述的组合导航装置，其特征在于，所述壳体的尺寸为58*45*30mm。
10.根据权利要求9所述的组合导航装置，其特征在于，所述壳体由防水防尘材料制成。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201720195042.4U CN206804875U (zh) | 2017-03-01 | 2017-03-01 | 一种组合导航装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201720195042.4U CN206804875U (zh) | 2017-03-01 | 2017-03-01 | 一种组合导航装置 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN206804875U true CN206804875U (zh) | 2017-12-26 |
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| CN (1) | CN206804875U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108240809A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-07-03 | 佛吉亚好帮手电子科技有限公司 | 一种基于l3gd20芯片在qnx车机系统中惯导导航的系统及方法 |
| CN110927760A (zh) * | 2019-12-04 | 2020-03-27 | 广东省新一代通信与网络创新研究院 | 一种基于北斗导航模块的高空失锁快速重定位方法 |
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2017
- 2017-03-01 CN CN201720195042.4U patent/CN206804875U/zh active Active
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