一种惯导系统及其设计方法、惯导方法技术方案

本发明专利技术提供了一种惯导系统及其设计方法、惯导方法，所述系统包括设置在惯导板上的IMU、微控制器和接收机，所述IMU将获取的加速度、陀螺仪和磁力计信息发送给所述微控制器，所述接收机将获取的卫星原始数据发送给所述微控制器，所述微控制器对接收的数据进行处理，得到导航信息。本发明专利技术的惯导系统将IMU、接收机和微控制器三部分均放置在惯导板上，大大缩小整个惯导系统的体积，且微控制器选用单片机，替代现有技术中的FPGA和DSP组件，简化硬件电路设计，减小焊接难度，提高硬件成品率，降低成本，且进一步缩小体积。且进一步缩小体积。且进一步缩小体积。

【技术实现步骤摘要】
一种惯导系统及其设计方法、惯导方法


[0001]本专利技术涉及惯性导航
，尤其是一种惯导系统及其设计方法、惯导方法。

技术介绍

[0002]现有的组合惯性导航系统主要包括3个部分：IMU(Inertial Measurement Unit,惯性测量单元)、GPS(Global Positioning System，全球定位系统)和导航板。如图1所示，这三个部分是相互独立的三个单元，IMU主要由微惯性导航测量元件ADIS16405组成，导航板由FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编辑逻辑门阵列)和DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)组成，FPGA选用Altera的EP2C70F672I8，DSP选用TI公司的TMS320。
[0003]现有组合导航系统是由三个相互独立的单元组成，占用空间较大，组装难度较高，不适合在小型化的导航场所，且使用的IMU、FPGA以及GPS板卡成本过高。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种惯导系统及其设计方法、惯导方法，用于解决现有惯导系统体积大、成本高的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0006]本专利技术第一方面提供了一种惯导系统，所述系统包括设置在惯导板上的IMU、微控制器和接收机，所述IMU将获取的加速度、陀螺仪和磁力计信息发送给所述微控制器，所述接收机将获取的卫星原始数据发送给所述微控制器，所述微控制器对接收的数据进行处理，得到导航信息。
[0007]进一步地，所述接收机包括第一接收机和第二接收机，所述第一接收机连接前向天线，所述第二接收机连接后向天线，且后向天线指向前向天线的方向与载体前进的方向相同。
[0008]进一步地，所述微控制基于接收机获取的卫星数据，通过载波相位观测方程计算两接收机的位置信息，基于两位置信息确定基线向量，得到载体的姿态信息。
[0009]进一步地，所述载波相位观测方程为：
[0010][0011]式中，λ——波长，
[0012]——多普勒计数，
[0013]Φ
j
(t)——载波相位，
[0014]ρ
j
(t)——站星距离变化率，
[0015]dt
j
(t)——GPS卫星时钟相对于GPS时系的偏差，
[0016]dT(t)——GPS信号接收机相对于GPS时系的偏差，
[0017]N
j
——整周模糊度，
[0018]C
‑
GPS信号传播速度。
[0019]进一步地，所述IMU的X轴方向与天线方向平行，且所述X轴的正向由前向天线指向后向天线。
[0020]进一步地，所述微控制器为单片机。
[0021]本专利技术第二方面提供了一种所述惯导系统的设计方法，其特征是，所述方法包括：
[0022]将IMU、微控制器和接收机均设置在惯导板上；
[0023]设置IMU的X轴方向与天线方向平行，且所述X轴的正向由前向天线指向后向天线
[0024]设置第一接收机连接前向天线，第二接收机连接后向天线。
[0025]进一步地，所述微控制器采用单片机，单片机分别连接接收机和IMU。
[0026]本专利技术第三方面提供了一种惯导方法，所述方法包括以下步骤：
[0027]微控制器通过接收机获取的卫星原始数据，计算得到载体的姿态信息；
[0028]结合所述姿态信息，以及IMU获取的加速度、陀螺仪和利息信息，得到导航信息。
[0029]进一步地，所述计算载体的姿态信息具体为：
[0030]通过载波相位观测方程计算两接收机的位置信息，基于两位置信息确定基线向量，得到载体的姿态信息。
[0031]
技术实现思路
中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是专利技术所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
[0032]1、本专利技术的惯导系统将IMU、接收机和微控制器三部分均放置在惯导板上，大大缩小整个惯导系统的体积，且微控制器选用单片机，替代现有技术中的FPGA和DSP组件，简化硬件电路设计，减小焊接难度，提高硬件成品率，降低成本，且进一步缩小体积。
[0033]2、接收机使用两个同型号的接收机，提高GNSS部分的定位精度；采用加速度计和磁力计和陀螺仪合成到一起三轴IMU，能够缩小体积，与分别选取3个磁力计、加速度计和陀螺仪需要精确的结构定位正交放置，三轴IMU能够灵活放置且提高了三轴信息的精度。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术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，对于本领域普通技术人员而言，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。
[0035]图1是现有技术惯导系统的结构示意图；
[0036]图2是本专利技术所述惯导系统的结构示意图；
[0037]图3是本专利技术所述IMU的电路原理示意图；
[0038]图4是本专利技术所述接收机的电路原理示意图；
[0039]图5是本专利技术所述单片机的电路原理示意图；
[0040]图6是本专利技术所述设计方法的流程示意图；
[0041]图7是本专利技术所述惯导方法的流程示意图。
具体实施方式
[0042]为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利技术进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本专利技术的不同结
构。为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本专利技术省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本专利技术。
[0043]如图2所示，本专利技术的惯导系统包括设置在惯导板上的IMU、微控制器和接收机，所述IMU将获取的加速度、陀螺仪和磁力计信息发送给所述微控制器，所述接收机将获取的卫星原始数据发送给所述微控制器，所述微控制器对接收的数据进行处理，得到导航信息。本专利技术所述微控制器为单片机。
[0044]如图3所示，本实施例中的IMU采用的是荷兰Xsens公司的MTI
‑3‑
8A7G6芯片，芯片实物如图4所示，MTI
‑3‑
8A7G6芯片具备可以输出无漂移的俯仰、翻转与真实/北磁极基准偏航与传感器数据：3D加速度、3D转速、以及3D方向与速度增量，还有3D地磁场数据的功能。其中IMU的各个指标如下表1
‑
4所示，分别为姿态规格、陀螺仪规格、加速度计规格和磁力计规格。
[0045][0046]表1
[0047]全量程最小值
±
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种惯导系统，其特征是，所述系统包括设置在惯导板上的IMU、微控制器和接收机，所述IMU将获取的加速度、陀螺仪和磁力计信息发送给所述微控制器，所述接收机将获取的卫星原始数据发送给所述微控制器，所述微控制器对接收的数据进行处理，得到导航信息。2.根据权利要求1所述惯导系统，其特征是，所述接收机包括第一接收机和第二接收机，所述第一接收机连接前向天线，所述第二接收机连接后向天线，且后向天线指向前向天线的方向与载体前进的方向相同。3.根据权利要求2所述惯导系统，其特征是，所述微控制基于接收机获取的卫星数据，通过载波相位观测方程计算两接收机的位置信息，基于两位置信息确定基线向量，得到载体的姿态信息。4.根据权利要求3所述惯导系统，其特征是，所述载波相位观测方程为：式中，λ——波长，——多普勒计数，Φ
j
(t)——载波相位，ρ
j
(t)——站星距离变化率，dt
j
(t)——GPS卫星时钟相对于GPS时系的偏差，dT(t)——GPS信号接收机相对于GPS时系的偏差，N
j
——整周模糊度，C
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文慧，赵宪臣，李美谚，李鸿伟，李建志，蔡学福，王涛，何鲁青，陈文龙，陈永秀，周熙军，方瑞银，
申请(专利权)人：山东泉清通信有限责任公司，
类型：发明
国别省市：