一种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组合导航系统及方法。该系统包括：无线电导航组件、惯导组件、磁力计和计算模块；所述计算模块用于求解载体当前的姿态、位置与地球参考物理量之间的最小二乘解，利用磁力计等传感器稳定性好，高频噪声低的特点，降低无线电导航组件定位误差，同时可以校准其它惯导组件的零点偏移。本发明专利技术不依赖GNSS系统，具有运算量小、解算精度高、测量准确、稳定性好的特点。定性好的特点。定性好的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种组合导航系统及方法


[0001]本专利技术属于导航
，更具体地，涉及一种组合导航系统及方法。

技术介绍

[0002]在现代定位、导航和授时PNT体系内GNSS都占据了核心地位，在覆盖范围、精度和使用成本上相对其它导航系统都具有明显的综合优势。但由于其脆弱性和易受干扰的缺点，过度依赖GNSS的PNT体系，在社会的经济安全、生产安全和国防安全的角度上来说均具有巨大的风险，因此，需要建立不依赖于GNSS的导航系统。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种组合导航系统及方法，不依赖GNSS系统，具有运算量小、解算精度高、测量准确、稳定性好的特点。
[0004]为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提供了一种组合导航系统，包括：
[0005]无线电导航组件、惯导组件、磁力计和计算模块；
[0006]所述计算模块用于在每个时间步进行以下步骤：
[0007]根据上一时间步到当前时间步的时间区间所述惯导组件的测量数据、以及上一时间步的载体姿态预测值及载体位置预测值，确定当前时间步的载体姿态预测值及载体位置预测值；
[0008]计算当前时间步所述磁力计的测量数据与当前时间步的载体姿态预测值的第一误差，计算当前时间步所述惯导组件的测量数据与当前时间步的载体姿态预测值的第二误差，计算当前时间步的载体位置预测值与当前时间步所述无线电导航组件的测量数据的第三误差，采用非线性最小二乘算法根据所述第一误差、第二误差、第三误差对当前时间步的载体姿态预测值及载体位置预测值进行修正。
[0009]进一步地，所述计算当前时间步所述磁力计的测量数据与当前时间步的载体姿态预测值的第一误差包括步骤：
[0010]根据当前时间步的载体姿态预测值确定当前时间步所述磁力计的预测测量值；
[0011]计算当前时间步所述磁力计的预测测量值与当前时间步所述磁力计的测量数据的差，作为第一误差。
[0012]进一步地，所述惯导组件包括陀螺仪和加速度计。
[0013]进一步地，计算当前时间步所述惯导组件的测量数据与当前时间步的载体姿态预测值的第二误差包括步骤：
[0014]根据当前时间步的载体姿态预测值确定当前时间步所述加速度计的预测测量值；
[0015]计算当前时间步所述加速度计的预测测量值与当前时间步所述加速度计的测量数据的差，作为第二误差。
[0016]进一步地，所述计算模块用于在每个时间步进行以下步骤：
[0017]对所述惯导组件进行误差矫正。
[0018]进一步地，所述无线电导航组件通过RS422接口与所述计算模块电连接，所述惯导组件通过RS422接口与所述计算模块电连接，所述磁力计通过I2C接口与所述计算模块电连接。
[0019]进一步地，还包括与所述计算模块电连接的上位机。
[0020]按照本专利技术的第二方面，提供了一种组合导航方法，包括步骤：
[0021]分别采用设置在载体的无线电导航组件、惯导组件、磁力计进行测量；
[0022]在每个时间步进行以下步骤：
[0023]根据上一时间步到当前时间步的时间区间所述惯导组件的测量数据、以及上一时间步的载体姿态预测值及载体位置预测值，确定当前时间步的载体姿态预测值及载体位置预测值；
[0024]计算当前时间步所述磁力计的测量数据与当前时间步的载体姿态预测值的第一误差，计算当前时间步所述惯导组件的测量数据与当前时间步的载体姿态预测值的第二误差，计算当前时间步的载体位置预测值与当前时间步所述无线电导航组件的测量数据的第三误差，采用非线性最小二乘算法根据所述第一误差、第二误差、第三误差对当前时间步的载体姿态预测值及载体位置预测值进行修正。
[0025]进一步地，所述计算当前时间步所述磁力计的测量数据与当前时间步的载体姿态预测值的第一误差包括步骤：
[0026]根据当前时间步的载体姿态预测值确定当前时间步所述磁力计的预测测量值；
[0027]计算当前时间步所述磁力计的预测测量值与当前时间步所述磁力计的测量数据的差，作为第一误差。
[0028]进一步地，所述惯导组件包括陀螺仪和加速度计，计算当前时间步所述惯导组件的测量数据与当前时间步的载体姿态预测值的第二误差包括步骤：
[0029]根据当前时间步的载体姿态预测值确定当前时间步所述加速度计的预测测量值；
[0030]计算当前时间步所述加速度计的预测测量值与当前时间步所述加速度计的测量数据的差，作为第二误差。
[0031]总体而言，本专利技术与现有技术相比，具有有益效果：通过多种传感器数据融合，提高了信息的冗余度，即通过相对无线电导航组件本身额外的姿态和速度信息对当前位置的变化量做出估计，由于磁力计系统短时的稳定性极佳，因而可以有效抑制无线电导航组件由于噪声干扰导致的定位误差，可代替GNSS定位系统的成为可靠的高精度导航定位手段，其穿透力强，不易受人为蓄意干扰，在军事和经济领域等对安全性要求较高的领域具有较高的应用价值，且计算速度相对传统的卡尔曼滤波算法大幅提升。
附图说明
[0032]图1是本专利技术实施例的一种组合导航系统的结构示意图；
[0033]图2是本专利技术实施例的计算模块的计算原理示意图。
具体实施方式
[0034]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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用以解释本专利技术，并不
用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0035]无线电导航组件(eLoran导航系统)起源于二次世界大战期间，其有效范围可达2000km以上，被认为是GNSS系统的最佳代替方案，因此，本专利技术实施例采用eLoran导航接收机、惯导组件(Inertial Navigation System，简称INS模块)与磁力计，利用非线性最小二成法进行数据融合，通过传感器相互之间取长补短，从而达到导航精度的提升和计算量下降的目的。
[0036]如图1所示，本专利技术实施例的一种组合导航系统，包括：无线电导航组件、惯导组件、磁力计和计算模块。
[0037]进一步地，组合导航系统还包括与所述计算模块电连接的上位机。
[0038]进一步地，组合导航系统还包括电源模块，电源模块负责为无线电导航组件、惯导组件、磁力计和计算模块提供5.5V电压。
[0039]进一步地，所述惯导组件包括陀螺仪和加速度计。
[0040]在一个实施例中，计算模块采用微型计算单元；无线电导航组件采用河南尚禹科技提供的北斗
‑
eLoran导航接收机，其与微型计算单元通过RS422相连，并通过通信转换模块与微型计算单元的ARM模块进行通信；INS模块采用湖北三江红峰公司的HZ
‑
1型光纤惯性测量系统，与微型计算单元通过RS4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组合导航系统，其特征在于，包括：无线电导航组件、惯导组件、磁力计和计算模块；所述计算模块用于在每个时间步进行以下步骤：根据上一时间步到当前时间步的时间区间所述惯导组件的测量数据、以及上一时间步的载体姿态预测值及载体位置预测值，确定当前时间步的载体姿态预测值及载体位置预测值；计算当前时间步所述磁力计的测量数据与当前时间步的载体姿态预测值的第一误差，计算当前时间步所述惯导组件的测量数据与当前时间步的载体姿态预测值的第二误差，计算当前时间步的载体位置预测值与当前时间步所述无线电导航组件的测量数据的第三误差，采用非线性最小二乘算法根据所述第一误差、第二误差、第三误差对当前时间步的载体姿态预测值及载体位置预测值进行修正。2.如权利要求1所述的一种组合导航系统，其特征在于，所述计算当前时间步所述磁力计的测量数据与当前时间步的载体姿态预测值的第一误差包括步骤：根据当前时间步的载体姿态预测值确定当前时间步所述磁力计的预测测量值；计算当前时间步所述磁力计的预测测量值与当前时间步所述磁力计的测量数据的差，作为第一误差。3.如权利要求1所述的一种组合导航系统，其特征在于，所述惯导组件包括陀螺仪和加速度计。4.如权利要求3所述的一种组合导航系统，其特征在于，计算当前时间步所述惯导组件的测量数据与当前时间步的载体姿态预测值的第二误差包括步骤：根据当前时间步的载体姿态预测值确定当前时间步所述加速度计的预测测量值；计算当前时间步所述加速度计的预测测量值与当前时间步所述加速度计的测量数据的差，作为第二误差。5.如权利要求1所述的一种组合导航系统，其特征在于，所述计算模块用于在每个时间步进行以下步骤：对所述惯导组件进行误差矫正。6.如权利要求1所述的一种组合导航系统，其特征在于，所述无线电导航组件通过RS...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹宜，张杨勇，梅雪松，王琦思，刘谋荣，刘庆，
申请(专利权)人：武汉船舶通信研究所中国船舶重工集团公司第七二二研究所，
类型：发明
国别省市：