基于多核DSP的北斗_SINS紧组合导航系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多核DSP的北斗_SINS紧组合导航系统及方法，所述系统包括：微惯性测量单元，用于测量载体的旋转角速度、加速度和所处环境的磁场强度信息；北斗卫星导航接收机，用于测量卫星的位置、伪距、伪距率信息和载体的初始速度与位置信息；多核DSP单元，用于采集微惯性测量单元数据和北斗卫星导航接收机数据，进行数据解析、选星、测距误差修正、SINS解算，对SINS的姿态信息进行估计，对北斗系统和SINS的伪距、伪距率数据进行融合，估计并补偿SINS位置误差和速度误差，之后对外输出高精度、高刷新频率的导航数据。本发明专利技术能够对源于多传感器的数据进行融合，并在多核DSP单元上进行数据处理，以实现高精度、动态性和抗干扰性较高的紧组合导航。

【技术实现步骤摘要】
基于多核DSP的北斗_SINS紧组合导航系统及方法
本专利技术涉及导航领域，特别是涉及基于多核DSP的北斗_SINS紧组合导航系统及方法。
技术介绍
惯性导航系统(INS)一般是由陀螺仪、加速度计等惯性器件和导航计算机组成。INS根据上一时刻载体的位置、速度和姿态信息，并结合惯性传感器测量的信息计算得到当前时刻的导航参数。INS主要分为平台式和捷联式两类，捷联式惯性导航系统(SINS)以其体积小、功耗低、结构简单等优点，在中低精度应用领域已经逐渐取代平台式INS。SINS具有短期导航精度高的特点，但由于低成本惯性器件随机误差的影响，低成本SINS的导航精度随时间的增长而急剧恶化，导致其无法长时间单独工作。卫星导航系统具有导航精度不随时间而变化的优点，但当卫星信号被遮挡或受电磁干扰时，将导致导航精度下降甚至失效。因此，卫星_SINS组合导航已成为导航技术的主要发展趋势之一。目前，我国自主建立的北斗卫星导航系统已实现全球覆盖，可为用户提供全天候的导航服务，研制低成本北斗_SINS组合导航系统对于我国的科技发展具有着重大意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于多核DSP的北斗_SINS紧组合导航系统，其特征在于：包括多核DSP单元、微惯性测量单元和北斗卫星导航接收机；微惯性测量单元和北斗卫星导航接收机的输出端均与多核DSP单元连接；所述微惯性测量单元，用于测量载体的旋转角速度、加速度和所处环境的磁场强度信息；所述北斗卫星导航接收机，用于测量卫星的位置、伪距、伪距率信息和载体的初始速度与位置信息；所述多核DSP单元，用于采集微惯性测量单元数据和北斗卫星导航接收机数据，进行数据解析、选星、测距误差修正、SINS解算，采用扩展卡尔曼滤波EKF对SINS姿态信息进行估计，采用平方根容积卡尔曼滤波SCKF对北斗系统和SINS的伪距、伪距率数据进行融合...

【技术特征摘要】
1.基于多核DSP的北斗_SINS紧组合导航系统，其特征在于：包括多核DSP单元、微惯性测量单元和北斗卫星导航接收机；微惯性测量单元和北斗卫星导航接收机的输出端均与多核DSP单元连接；所述微惯性测量单元，用于测量载体的旋转角速度、加速度和所处环境的磁场强度信息；所述北斗卫星导航接收机，用于测量卫星的位置、伪距、伪距率信息和载体的初始速度与位置信息；所述多核DSP单元，用于采集微惯性测量单元数据和北斗卫星导航接收机数据，进行数据解析、选星、测距误差修正、SINS解算，采用扩展卡尔曼滤波EKF对SINS姿态信息进行估计，采用平方根容积卡尔曼滤波SCKF对北斗系统和SINS的伪距、伪距率数据进行融合，估计并补偿SINS位置误差和速度误差，之后对外输出高精度、高刷新频率的导航数据。2.根据权利要求1所述的基于多核DSP的北斗_SINS紧组合导航系统，其特征在于：所述紧组合导航系统还包括无线通讯模块；所述无线通讯模块与多核DSP单元连接，接收多核DSP单元对外输出的导航数据，与安装有同款无线通讯模块的设备通信，以无线方式传输导航数据；所述多核DSP单元还通过UART接口，以有线通信方式对外传输导航数据。3.根据权利要求2所述的基于多核DSP的北斗_SINS紧组合导航系统，其特征在于：所述紧组合导航系统还包括供电电源，所述供电电源分别与多核DSP单元、微惯性测量单元、北斗卫星导航接收机和无线通讯模块连接，实现对整个系统进行供电。4.根据权利要求3所述的基于多核DSP的北斗_SINS紧组合导航系统，其特征在于：所述微惯性测量单元采用ADIS16405，ADIS16405中包含陀螺仪、加速度计和磁力计；所述北斗卫星导航接收机采用CNS200，所述无线通讯模块采用NRF24L01。5.根据权利要求1所述的基于多核DSP的北斗_SINS紧组合导航系统，其特征在于：所述多核DSP单元采用TMS320C6748处理器，所述TMS320C6748处理器包括一个DSP核心和两个PRU协处理器核心，两个协处理器核心分别为PRU0和PRU1；所述DSP核心，通过SPI接口SPI0与微惯性测量单元连接，用于采集微惯性测量单元的数据、与PRU0和PRU1通讯、进行数据解析、选星、测距误差修正和导航计算；所述PRU0核心，通过UART接口UART2以1Hz的频率采集北斗卫星导航接收机的数据；所述PRU1核心，通过UART接口UART0，以有线通信方式对外传输导航数据，所述PRU1核心还通过SPI接口SPI1与无线通讯模块连接，用于以100Hz的频率向外发送导航结果数据；所述DSP核心和两个PRU核心之间的通信通过共享内存SHRAM实现，北斗导航接收机以1Hz的刷新频率输出卫星导航数据，PRU0核将收到的北斗卫星导航数据写入SHRAM并通知DSP核心将其读出，DSP核心以100Hz的刷新频率将计算得到的导航参数写入SHRAM并通知PRU1核将其读出。6.根据权利要求1～5中任意一项所述的基于多核DSP的北斗_SINS紧组合导航系统的导航方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.多核DSP单元读取北斗卫星导航接收机输出的速度与位置信息作为SINS的初始速度和位置，多核DSP单元读取微惯性测量单元输出的加速度信息和磁场强度信息并计算得到姿态信息，将其作为SINS中的初始姿态，并初始化姿态矩阵S2.多核DSP单元依据微惯性测量单元测量数据进行SINS解算，SINS姿态信息采用四元数[q0q1q2q3]T表示，姿态四元数的更新公式为：Q(k+1)＝Ft·Q(k)+Wt(k)式中，Q为姿态四元数，为三轴角增量的平方和，即惯性器件一个采样周期内的角增量，Wt(k)为过程噪声，该噪声视作高斯白噪声；SINS速度求解公式为：式中，为由东向、北向和天向速度组成的速度矢量，为依据四元数求得的姿态矩阵，fb为载体坐标系下加速度计测量得到的比力，为地球自转角速度，为位移角速度，gk为重力加速度；SINS位置求解公式为：式中，[Lλh]T为由经度、纬度、高度组成的位置矢量，RM为子午圈半径，RN为卯酉圈半径；S3.采用两级滤波器分别进行姿态数据融合和伪距、伪距率数据融合:一级滤波器对姿态四元数进行最优估计，用估计结...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丽杰，王鑫，刘瑞，姜涛，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15