CN212843628U - 一种卫星惯性组合导航装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种卫星惯性组合导航装置，一种卫星惯性组合导航装置包括：pixhawk飞行控制器、姿态解算模块、遥控器、地面站、电源模块、GPS模块、光流模块及电机模块；姿态解算模块包括陀螺仪单元、加速度计单元和磁力计单元；电源模块分别与所述pixhawk飞行控制器及所述电机模块电连接，遥控器及所述地面站与所述pixhawk飞行控制器通信连接，电源模块、GPS模块、光流模块及电机模块分别与所述pixhawk飞行控制器电连接；GPS模块与光流模块电连接，陀螺仪单元、加速度计单元和磁力计单元分别与所述pixhawk飞行控制器电连接。本实用新型以pixhawk飞控为核心，对电机、载体传感器及地面站等资源合理调配，将各个模块互相协同运作，实现了高可靠性的卫星惯性组合导航功能。

Description

一种卫星惯性组合导航装置

技术领域

本实用新型涉及组合导航技术领域，尤其涉及一种卫星惯性组合导航装置。

背景技术

惯性导航是常见的自主性很强的导航形式，不需要和其他系统进行信息交换，通过载体本身自主完成导航任务，不容易被外界环境因素的破坏与干扰，所以惯导系统在导航技术当中广泛地被使用。而卫星导航系统是导航模式的重大发展，依靠卫星导航系统和卫星轨迹中卫星的相对位置来计算相关的导航数据。现代飞行导航系统面对的导航环境复杂，仅仅使用GPS进行导航定位方式单一，将不能满足如今的需求，需要将其与其他方式进行组合使用。因此，发明可靠性高的一种卫星惯性组合导航装置成为该领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种卫星惯性组合导航装置。

本实用新型公开了一种卫星惯性组合导航装置，包括pixhawk飞行控制器、姿态解算模块、遥控器、地面站、电源模块、GPS模块、光流模块及电机模块；所述姿态解算模块包括陀螺仪单元、加速度计单元和磁力计单元；所述电源模块分别与所述pixhawk飞行控制器及所述电机模块电连接，所述遥控器及所述地面站与所述pixhawk飞行控制器通信连接，所述电源模块、所述GPS模块、所述光流模块及所述电机模块分别与所述pixhawk飞行控制器电连接；所述GPS模块与所述光流模块电连接，所述陀螺仪单元、所述加速度计单元和所述磁力计单元分别与所述pixhawk飞行控制器电连接。

优选地，所述pixhawk飞行控制器包括主处理器、协助处理器、电子罗盘加速度计单元及气压高度计单元；所述电子罗盘加速度计单元及所述气压高度计单元分别与所述主处理器电连接，所述电子罗盘加速度计单元及所述气压高度计单元分别与协助处理器电连接。

优选地，所述加速度计单元为MPU6000陀螺仪加速度计单元。

优选地，所述陀螺仪单元为STL3GD20陀螺仪单元。

优选地，所述磁力计单元为HMC5883磁力计单元。

优选地，所述电机模块包括电子调速器及无刷电机；所述无刷电机与所述电子调速器及所述pixhawk飞行控制器电连接，所述电子调速器与所述pixhawk飞行控制器电连接。

优选地，所述光流模块为PX4Flow光流传感器模块。

优选地，所述电子罗盘加速度计单元为STLSM303D电子罗盘加速度计单元；所述气压高度计单元为MEAS MS5611气压高度计单元。

本实用新型的一种卫星惯性组合导航装置具有如下有益效果，本实用新型公开的一种卫星惯性组合导航装置包括：pixhawk飞行控制器、姿态解算模块、遥控器、地面站、电源模块、GPS模块、光流模块及电机模块；所述姿态解算模块包括陀螺仪单元、加速度计单元和磁力计单元；所述电源模块分别与所述pixhawk飞行控制器及所述电机模块电连接，所述遥控器及所述地面站与所述pixhawk飞行控制器通信连接，所述电源模块、所述GPS模块、所述光流模块及所述电机模块分别与所述pixhawk飞行控制器电连接；所述GPS模块与所述光流模块电连接，所述陀螺仪单元、所述加速度计单元和所述磁力计单元分别与所述pixhawk飞行控制器电连接。所述陀螺仪单元用于采集卫星惯性组合导航装置三轴方向上的角速度数据，所述加速度计单元用于对所述加速度数据进行校准，所述磁力计单元用于校正卫星惯性组合导航装置的偏航角方向，因而本实用新型可靠性高。所述姿态解算模块采集所述加速度计单元、陀螺仪单元及磁力计单元的数据，将卫星惯性组合导航装置姿态解算算法转化为所述pixhawk飞行控制器可以执行得的代码，更新当前的姿态信息。通过PCM接收机将所述遥控器的数据接收并解码，所述pixhawk飞控制器接收到所述遥控器的数据，进而控制卫星惯性组合导航装置。GPS信号存在时，利用所述GPS模块对卫星惯性组合导航装置进行导航；GPS信号消失时，利用所述光流模块对卫星惯性组合导航装置进行导航，实现不同情形下导航信息的切换。通过数传将卫星惯性组合导航装置当前的姿态信息、飞行模式、GPS导航信息传送到地面站并保存形成飞行日志，进而通过地面站方便调试。因此，本实用新型以pixhawk飞控为核心，对电机、载体传感器、地面站等资源合理调配，将各个模块能够互相协同运作的控制，实现高可靠性的卫星惯性组合导航功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，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附图：

图1是本实用新型较佳实施例的一种卫星惯性组合导航装置的电路图；

图2是本实用新型较佳实施例的一种卫星惯性组合导航装置的pixhawk飞行控制器的功能结构图；

图3是本实用新型较佳实施例的一种卫星惯性组合导航装置的工作原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型较佳实施例的如图1、图2及图3所示，包括pixhawk飞行控制器1、姿态解算模块2、遥控器3、地面站4、电源模块5、GPS模块6、光流模块7及电机模块8；所述姿态解算模块2包括陀螺仪单元21、加速度计单元22和磁力计单元23；所述电源模块5分别与所述pixhawk飞行控制器1及所述电机模块8电连接，所述遥控器及3所述地面站与所述pixhawk飞行控制器1通信连接，所述电源模块5、所述GPS模块6、所述光流模块7及所述电机模块8分别与所述pixhawk飞行控制器1电连接；所述GPS模块6与所述光流模块7电连接，所述陀螺仪单元21、所述加速度计单元22和所述磁力计单元23分别与所述pixhawk飞行控制器1电连接。所述陀螺仪单元21用于采集卫星惯性组合导航装置三轴方向上的角速度数据，所述加速度计单元22用于对所述加速度数据进行校准，所述磁力计单元23用于校正卫星惯性组合导航装置的偏航角方向，因而本实用新型可靠性高。所述姿态解算模块2采集所述加速度计单元、陀螺仪单元及磁力计单元的数据，将卫星惯性组合导航装置姿态解算算法转化为所述pixhawk飞行控制器1可以执行得的代码，更新当前的姿态信息。通过PCM接收机将所述遥控器3的数据接收并解码，所述pixhawk飞行控制器1接收到所述遥控器3的数据，进而控制卫星惯性组合导航装置。GPS信号存在时，利用所述GPS模块6对卫星惯性组合导航装置进行导航；GPS信号消失时，利用所述光流模块7对卫星惯性组合导航装置进行导航，实现不同情形下导航信息的切换。通过数传将卫星惯性组合导航装置当前的姿态信息、飞行模式、GPS导航信息传送到地面站并保存形成飞行日志，进而通过地面站方便调试。因此，本实用新型以pixhawk飞控为核心，对电机、载体传感器、地面站等资源合理调配，将各个模块能够互相协同运作的控制，实现高可靠性的卫星惯性组合导航功能。

优选地，请参阅图2，所述pixhawk飞行控制器1包括主处理器11、协助处理器12、电子罗盘加速度计单元13及气压高度计单元14；所述电子罗盘加速度计单元13及所述气压高度计单元14分别与所述主处理器11电连接，所述电子罗盘加速度计单元13及所述气压高度计单元14分别与所述协助处理器12电连接。在本实施例中，所述气压高度计用于进行卫星惯性组合导航装置的高度控制。

在本实施例中，所述pixhawk飞行控制器1内部集成了32位STM32F427CortexM3处理器，具有256KB RAM，2MB闪存，时钟晶器内部可达到168MHZ,同时集成了STM32F100作为协助处理器及载体传感器,协助处理器处理器内部集成了外围功能电路及外设集成接口，如定时/计数，A/D部集成块，脉冲宽部集成(PWM)模块等常用的集成能单元。STM32系列的控制器基于ARM核设计，STM32F100基于CortexM3内核设计，采用ARMV7.M架构，支持16位Thumb指令集和基本的32位Thumb.2指令集架构，适用于高确定实时性场合，具有低成本，低功耗和高性能的优点。

优选地，所述陀螺仪单元21为STL3GD20陀螺仪单元。可以理解的是，STL3GD20陀螺仪单元基于科里奥利力原理，STL3GD20陀螺仪在外力的驱动下，不停的来回做径向运动或者震荡，科里奥利力发生变化，输出为电压信号,通过内部AD转换得到对应地电压值。利用电压与角速度之间成正比的关系,得到当前三轴方向的角速度,在时间上积分后可得到卫星惯性组合导航装置的姿态角。

优选地，所述加速度计单元22为MPU6000陀螺仪加速度计单元。可以理解的是，STL3GD20陀螺仪会发生漂移，且由于积分作用，误差将越来越大,导致陀螺仪的数据偏差较大。然而MPU6000陀螺仪的数据与时间无关,由此可以用MPU6000陀螺仪的数据对STL3GD20陀螺仪数据进行校准。在本实施例中，所述MPU6000陀螺仪加速度计单元通过I2C总线或者SPI总线与所述pixhawk飞行控制器1进行通信。

优选地，所述磁力计单元23为HMC5883磁力计单元。可以理解的是，由于所述MPU6000陀螺仪加速度计单元不能校正卫星惯性组合导航装置的偏航角，故利用HMC5883磁力计的数据对偏航数据进行校正。在本实施例中，所述HMC5883磁力计单元通过I2C总线与所述pixhawk飞行控制器1进行通信。

优选地，所述电机模块8包括电子调速器及无刷电机；所述无刷电机与所述电子调速器及所述pixhawk飞行控制器电连接，所述电子调速器与所述pixhawk飞行控制器电连接。可以理解的是，有刷电机需要换向,摩擦较大,发热耗损大,从而导致寿命短,而本实用新型中的无刷电机不需要换向,避免了以上的缺点。此外，无刷电机有维护成本低、扭矩大、使用时间长的优点。在本实施例中，所述无刷电机型号为A2212，A2212包括三根操作线，通过所述电子调速器与所述pixhawk飞行控制器相连接，所述电子调速器依据所述pixhawk飞行控制器输出的PWM值来调节所述无刷电机的转速。

优选地，所述光流模块7为PX4Flow光流传感器模块。可以理解的是，PX4Flow光流传感器模块为视觉识别模块，分辨率为752x480，能够以120Hz(黑暗，室内)的计算速度在室内或者室外暗光环境下工作，而无需照明。在本实施例中，GPS信号存在时，利用所述GPS模块6对卫星惯性组合导航装置进行导航；GPS信号消失时，所述光流传感模块解算出相应的水平偏移位置信息，将数据反馈给所述姿态解算模块利用捷联惯性导航算法进行数据融合，实现不同情形下导航信息的切换。

优选地，所述电子罗盘加速度计13为STLSM303D电子罗盘加速度计单元；所述气压高度计单元14为MEAS MS5611气压高度计单元。可以理解的是，所述MEAS MS5611气压高度计单元用于反馈卫星惯性组合导航装置的高度位置，STLSM303D电子罗盘加速度计单元用于更进一步精准地反馈卫星惯性组合导航装置的姿态运算。

综上所述，本实用新型公开的一种卫星惯性组合导航装置包括：所述陀螺仪单元21用于采集卫星惯性组合导航装置三轴方向上的角速度数据，所述加速度计单元22用于对所述加速度数据进行校准，所述磁力计单元23用于校正卫星惯性组合导航装置的偏航角方向，因而本实用新型可靠性高。所述姿态解算模块2采集所述加速度计单元、陀螺仪单元及磁力计单元的数据，将卫星惯性组合导航装置姿态解算算法转化为所述pixhawk飞行控制器1可以执行得的代码，更新当前的姿态信息。通过PCM接收机将所述遥控器3的数据接收并解码，所述pixhawk飞行控制器1接收到所述遥控器3的数据，进而控制卫星惯性组合导航装置。GPS信号存在时，利用所述GPS模块6对卫星惯性组合导航装置进行导航；GPS信号消失时，利用所述光流模块7对卫星惯性组合导航装置进行导航，实现不同情形下导航信息的切换。通过数传将卫星惯性组合导航装置当前的姿态信息、飞行模式、GPS导航信息传送到地面站并保存形成飞行日志，进而通过地面站方便调试。因此，本实用新型以pixhawk飞控为核心，对电机、载体传感器、地面站等资源的合理调配，将各个模块能够互相协同运作的控制，实现高可靠性的卫星惯性组合导航功能。

以上对本实用新型所提供的一种卫星惯性组合导航装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (8)

1.一种卫星惯性组合导航装置，其特征在于，包括：pixhawk飞行控制器、姿态解算模块、遥控器、地面站、电源模块、GPS模块、光流模块及电机模块；所述姿态解算模块包括陀螺仪单元、加速度计单元和磁力计单元；所述电源模块分别与所述pixhawk飞行控制器及所述电机模块电连接，所述遥控器及所述地面站与所述pixhawk飞行控制器通信连接，所述电源模块、所述GPS模块、所述光流模块及所述电机模块分别与所述pixhawk飞行控制器电连接；所述GPS模块与所述光流模块电连接，所述陀螺仪单元、所述加速度计单元和所述磁力计单元分别与所述pixhawk飞行控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的一种卫星惯性组合导航装置，其特征在于，所述pixhawk飞行控制器包括主处理器、协助处理器、电子罗盘加速度计单元及气压高度计单元；所述电子罗盘加速度计单元及所述气压高度计单元分别与所述主处理器电连接，所述电子罗盘加速度计单元及所述气压高度计单元分别与协助处理器电连接。

3.根据权利要求1所述的一种卫星惯性组合导航装置，其特征在于，所述加速度计单元为MPU6000陀螺仪加速度计单元。

4.根据权利要求3所述的一种卫星惯性组合导航装置，其特征在于，所述陀螺仪单元为STL3GD20陀螺仪单元。

5.根据权利要求3所述的一种卫星惯性组合导航装置，其特征在于，所述磁力计单元为HMC5883磁力计单元。

6.根据权利要求1所述的一种卫星惯性组合导航装置，其特征在于，所述电机模块包括电子调速器及无刷电机；所述无刷电机与所述电子调速器及所述pixhawk飞行控制器电连接，所述电子调速器与所述pixhawk飞行控制器电连接。

7.根据权利要求1所述的一种卫星惯性组合导航装置，其特征在于，所述光流模块为PX4Flow光流传感器模块。

8.根据权利要求2所述的一种卫星惯性组合导航装置，其特征在于，所述电子罗盘加速度计单元为STLSM303D电子罗盘加速度计单元；所述气压高度计单元为MEAS MS5611气压高度计单元。

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