CN218728040U

CN218728040U - 低成本高精度rtk惯导双频定位系统电路

Info

Publication number: CN218728040U
Application number: CN202222780633.1U
Authority: CN
Inventors: 龚铁兵
Original assignee: Gotop Technology Co ltd
Current assignee: Gotop Technology Co ltd
Priority date: 2022-10-21
Filing date: 2022-10-21
Publication date: 2023-03-24
Anticipated expiration: 2032-10-21

Abstract

本实用新型公开了一种低成本高精度RTK惯导双频定位系统电路，属于通讯技术领域。包括射频处理模块、GNSS算法处理模块、惯性导航模块、气压传感器模块、应用数据处理模块，射频处理模块与GNSS算法处理模块连接，GNSS算法处理模块、惯性导航模块、气压传感器模块均与应用数据处理模块连接。本实用新型利用双频GPS定位加惯性导航定位加RTK差分定位，进行精确定位，同时结合惯性导航系统的优点。当卫星导航系统无法工作时，利用惯性导航系统使得导航系统继续工作，组合导航和纯惯性导航的自主切换。再融合气压传感器提供的高度数据，更准确的测量海拔高度，提高了定位模块的3D精度。

Description

低成本高精度RTK惯导双频定位系统电路

技术领域

本实用新型属于通讯技术领域，特别涉及一种低成本高精度RTK惯导双频定位系统电路。

背景技术

随着科技发展，现在大部分开车人士会用导航仪来进行导航，当车辆在高架桥上行驶时，由于高架桥在不同的高度都有道路，存在道路的重叠情况，一般高架桥上下两层的高度都会有几米到十几米的距离，而GPS的误差可能会有几十米，在高架桥上的导航时常会出错。比如在高架桥上时，GPS说右转，而实际上右边根本没有右转出口，这主要是GPS无法判断你是桥上还是桥下而造成的错误导航。

同时，在商场、超市等大型封闭场所中，有时由于GPS信号受到阻挡，我们无法通过GPS系统来导航。

如果导航仪里增加一个气压传感器，通过测量大气压，进而根据气压值计算出海拔高度，以得到更精确的高度数据，配合导航系统的惯性导航模块(加速度计)，就可以解决上述问题。但目前的基于RTK惯导双频的定位系统中还未有此设计。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的首要目的在于提供低成本高精度RTK惯导双频定位系统电路系统，该系统采用和芯星通公司最新推出的一款双频(L1\L5)多模定位芯片(UC6580)用作GNSS算法处理模块，亚特力公司推出的32位ARM Cortex-M4内核的MCU(AT32F403A)用作应用数据处理器；MCU上外挂惯性导航模块，气压传感器模块，及经IO接口模块提供的RTK数据。双频GPS信号经UC6580芯片处理后输出GNSS NMEA定位数据输出到AT32F403A，惯性导航模块的数据、RTK差分导航模块的数据、气压传感器模块的数据都汇集到AT32F403AMCU，在MCU内算法处理后输出更精确的导航数据。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

本实用新型提供一种低成本高精度RTK惯导双频定位系统电路，包括射频处理模块、GNSS算法处理模块、惯性导航模块、气压传感器模块、应用数据处理模块，所述射频处理模块与GNSS算法处理模块连接，所述GNSS算法处理模块、惯性导航模块、气压传感器模块均与应用数据处理模块连接。

进一步地，GNSS算法处理模块采用UC5680芯片，所述射频处理模块包括有放大器和滤波器,配合UC5680内部的RF信号处理和基带电路实现双频导航功能。

进一步地，所述惯性导航模块采用BM160或LSM6DS3等芯片，具有惯性导航定位功能。

进一步地，所述气压传感器模块采用BMP388芯片，通过测量大气压的方式获取并提供导航所需的高度数据。

进一步地，该低成本高精度RTK惯导双频定位系统电路还包括有IO接口模块，所述射频处理模块、GNSS算法处理模块、惯性导航模块、气压传感器模块、应用数据处理模块均与IO接口模块连接。

进一步地，所述IO接口模块包括RTK数据输入接口、GPS数据输出接口、应用数据处理模块ISP烧录接口、外置GPS天线输入接口。所述RTK数据输入接口与应用处理模块连接，外置GPS天线线输入接口与GNSS算法处理模块通过射频处理模块连接。在本申请中，IO接口模块能够实现RTK数据接口功能，RTK数据经IO接口模块传输到应用数据处理模块。

进一步地，所述应用数据处理模块采用AT32F403A芯片，所述GNSS算法处理模块、惯性导航模块、气压传感器模块、IO接口模块均与应用数据处理模连接，实现四重融合定位功能。

本实用新型的优势在于，和现有技术相比：

首先，与现有的双频GNSS导航+惯性导航+RTK导航相比，本实用新型定位系统新增气压传感器模块。由于受到技术和其它方面原因的限制，GPS计算海拔高度一般误差都会有十米左右。新增气压传感器模块后，定位设备的高度精度可以达到1m.可以直接输出气压，高度值。当定位设备融入气压传感器提供的高度数据后，可以很好的解决了高架桥、地下停车室、高层楼宇、高空作业等场景的3D精度。

另外，本系统采用了国产的GNSS导航芯片和MCU芯片。相比以前采用的海外芯片，BOM成本更低。在性能接近的情况下，降低了产品的价格。

附图说明

图1为本实施例的模块结构框图。

图2为本实施例的射频处理模块的电路图。

图3为本实施例的GNSS算法处理模块的电路图

图4为本实施例惯性导航模块的电路图。

图5为本实施例气压传感器模块的电路图。

图6为本实施例应用数据处理模块的电路图。

图7为本实施例的应用IO接口电路图。

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。

如图1-7所示，本实用新型的实现如下：

本实施例提供低成本高精度RTK惯导双频定位系统电路，包括有射频处理模块、GNSS算法处理模块、惯性导航模块、气压传感器模块、应用数据处理模块、IO接口模块，射频处理模块与GNSS算法处理模块连接，GNSS算法处理模块、惯性导航模块、气压传感器模块均与应用数据处理模块连接，IO接口模块均与GNSS算法处理模块、惯性导航模块、气压传感器模块、应用数据处理模块连接。在本申请中，GNSS算法处理模块采用UC6580芯片，射频处理模块采用MXDLN14TP和MXDFD14A1芯片,具有L1\L5的双频定位功能。

在实施例中，该低成本高精度RTK惯导双频定位系统电路还包括有IO接口模块；IO接口模块与应用数据处理模块连接。RTK数据输入(通过IO接口模块与应用数据处理模块连接)，实现RTK实时差分定位功能。UC6580芯片和AT32F401A可以通过IO接口模块实现固件的烧录，定位数据的输出。外部提供3.3V稳压电源，通过模块IO接口分别给GNSS算法处理模、块惯性导航模块、气压传感器模块、应用数据处理模块供电。

在实施例中，外置天线信号经耦合电容C3，经L型匹配电路L1、L2，输入到U6(MXDLN14TP)双频GPS低噪声放大IC的第5PIN；U62PIN为LNA供电脚，经滤波电容C4、C5后连接到3.3V电源；3.3V电源经IO接口模块的33，34脚连接外部的3.3V LDO。6PIN为EN脚，直接连到3.3V电源。GPS信号经过U8放大约18db后，经过耦合电容C6，将GPS信号送到U7(MXDFD14A1)双频滤波器的1PIN。U71PIN接L11到GND，同过改变L11的参数可以调节U7的输入阻抗。经过U7后，将双频信号分开输出。其中L1信号由U76PIN输出，L5信号由U79PIN输出。在6PIN后接1个1575.42MHZ的T型匹配电路(L7、C8、C32)，在9PIN后接1个1176.45MHZ的双L型匹配电路(L4、L5、L6、C7).经过匹配电路后将L1信号送入U3(UC6580)的40PIN(L1_IN)；将L5信号送入U3(UC6580)的38PIN(L5_IN)。

在实施例中，GNSS算法处理模块采用UC6580芯片，内置GNSS射频和基带电路；内置电源管理模块PMU，提供4个电源域，由LDO内部生成，仅需外接滤波电容C13、C4、C15、C16、C17、C18。为了提高电源的转换效率，芯片还内置了DC-DC转换电路给V_core供电，外围只需连接1个1uH的功率电感L5到U3的22，23脚.芯片内置了RTC振荡电路，U13的11，12脚连接32.768KH晶振Y2和电容C30.C31，给系统提供RTC时钟。U5是26MHZ有源晶振，产生26MHZ的时钟信号，经电容C35输出到U3的3脚，为GNSS的射频和基带提供参考时钟。Q1,R4,R5组成PPS驱动电路。U3的第6脚V_BACK经IO接口电路外接备份电池，当主电断电路给RTC和RetentionRAM电路提供电源。如果不需要热启动功能，第6脚V_BACK可以悬空。U3的第9脚外置天线供电脚，连接到IO接口模块的第7脚，给外部的有源天线供电电源。该脚支持有源天线检测；支持天线短路，开路，插入信息上报。GNSS NMEA数据经18，19脚，经串联电阻R10，R11连接U4的12，13脚。

在实施例中，惯性导航模块U1采用BM160或LSM6DS3等芯片。通过SPI通讯协议和应用数据处理模块U4的第14、15、16、17连接。U1经2个滤波电容C1、C2接电源3.3V。U1将采集到的惯性导航数据传到U4.

在实施例中，气压传感器模块U8采用BMP388芯片。通过IIC通讯协议和应用数据处理模块U4的第42、43、32连接。U8经2个滤波电容C36接电源3.3V，第2，4脚外挂2个上拉电阻R16，R17，给IIC信号提供上拉。U8将采集到的海拔高度数据传到U4.

在实施例中，应用数据处理模块U4采用雅特力科技提供的AT32F403A芯片。AT32F403A系列高效能微控制器，搭载32位

内核，配合先进制程有效提升整体效能达240MHz的运算速度。内建的单精度浮点运算单元(FPU)及数字信号处理器(DSP)，搭配丰富的外设及灵活的时钟控制机制，能满足多种领域应用。完善的内存设计，最高可支持1MB闪存存储器(Flash)及224KB随机存取存储器(SRAM)，其闪存存储器执行零等待的优异表现，超越业界同级芯片水平_。U4电源经滤波电容C24，C25，C26连接到3.3V电源。U4内置晶振驱动电路，其第5，6脚连接8MHz晶振Y1和电容C27，C28.给MCU提供参考时钟。GNSSS算法处理模块、惯性导航模块、气压传感器模块、IO接口模块均与应用数据处理模块AT32F403A连接；将GNSS数据、惯导数据、RTK数据、气压传感器数据送到AT32F403A内处理，完成多重定位数据的融合算法。融合后的定位数据经第30，31脚UART1输出到IO接口的第42，43脚。

以上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.低成本高精度RTK惯导双频定位系统电路，其特征在于，包括射频处理模块、GNSS算法处理模块、惯性导航模块、气压传感器模块、应用数据处理模块，所述射频处理模块与GNSS算法处理模块连接，所述GNSS算法处理模块、惯性导航模块、气压传感器模块均与应用数据处理模块连接。

2.如权利要求1所述的低成本高精度RTK惯导双频定位系统电路，其特征在于，GNSS算法处理模块采用UC5680芯片，所述射频处理模块包括有放大器和滤波器。

3.如权利要求1所述的低成本高精度RTK惯导双频定位系统电路，其特征在于，所述惯性导航模块采用BM160或LSM6DS3芯片。

4.如权利要求1所述的低成本高精度RTK惯导双频定位系统电路，其特征在于，所述气压传感器模块采用BMP388芯片。

5.如权利要求1所述的低成本高精度RTK惯导双频定位系统电路，其特征在于，该低成本高精度RTK惯导双频定位系统电路还包括有IO接口模块，所述射频处理模块、GNSS算法处理模块、惯性导航模块、气压传感器模块、应用数据处理模块均与IO接口模块连接。

6.如权利要求5所述的低成本高精度RTK惯导双频定位系统电路，其特征在于，所述IO接口模块包括RTK数据输入接口、GPS数据输出接口、应用数据处理模块ISP烧录接口、外置GPS天线输入接口，所述RTK数据输入接口与应用处理模块连接，外置GPS天线线输入接口与GNSS算法处理模块通过射频处理模块连接。

7.如权利要求1所述的低成本高精度RTK惯导双频定位系统电路，其特征在于，所述应用数据处理模块采用AT32F403A芯片。