CN218728040U - 低成本高精度rtk惯导双频定位系统电路 - Google Patents
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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
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 (7)
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。
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