本发明专利技术公开了一种用于机载LiDAR装置的高频POS系统，包括GNSS信号接收天线、陀螺仪和加速度计、通信模块、存储模块、FPGA模块、FPGA导航信息处理程序。陀螺仪和加速度计的信号输出端连接FPGA的UART通信接口1、2，通信模块的通信接口连接FPGA模块的UART通信接口3，存储模块连接FPGA模块的UART通信接口4，两个GNSS信号接收天线分别连接FPGA模块的A/D采集端口1、2。FPGA设备时刻采集GNSS信号，并把GNSS信号使用载波相位测量算法计算出作业设备的单点定位数据，再融合通信模块获取的RTK差分数据进行载波相位差分融合解算，得到高精度的位置信息数据，再使用插值算法，得到高频的位置数据输出，从而实现对作业设备的高频高精度定位。从而实现对作业设备的高频高精度定位。从而实现对作业设备的高频高精度定位。
【技术实现步骤摘要】
一种用于机载LiDAR装置的高频POS系统
[0001]本专利技术涉及LiDAR
，特别涉及一种用于机载LiDAR装置的高频POS系统。
技术介绍
[0002]LiDAR采集激光回波数据时，由于激光频率高达5kHz，而POS输出频率最大为200Hz，导致每个激光回波无法与POS位置数据相匹配，为解决激光信号采集，无法与POS位置数据相匹配的问题，本专利技术提出了一种用于机载LiDAR装置的高频POS系统，使用FPGA直接采集卫星天线接收的载波相位差分信号，做载波相位差分解算，得到单点定位信息，再做差分改正和插值处理，获得高频高精度位置信息。
技术实现思路
[0003]本专利技术公开了一种用于机载LiDAR装置的高频POS系统，可实现5KHz以上的高频高精度位置信息输出频率，与LiDAR激光回波相匹配。
[0004]本专利技术的设计方案如下：
[0005]一种用于机载LiDAR装置的高频POS系统，包括GNSS信号接收天线、陀螺仪和加速度计、通信模块、存储模块、FPGA模块、FPGA导航信息处理程序。陀螺仪和加速度计的信号输出端连接FPGA的UART通信接口1、2，通信模块的通信接口连接FPGA模块的UART通信接口3，存储模块连接FPGA模块的UART通信接口4，两个GNSS信号接收天线分别连接FPGA模块的A/D采集端口1、2。FPGA设备时刻采集GNSS信号，并把GNSS信号使用载波相位测量算法计算出作业设备的单点定位数据，再融合通信模块获取的RTK差分数据进行载波相位差分融合解算，得到高精度的位置信息数据，再使用插值算法，得到高频的位置数据输出，从而实现对作业设备的高频高精度定位。
[0006]在所述一种用于机载LiDAR装置的高频POS系统中，所述GNSS信号接收天线为双馈点微带天线，所述双馈点微带天线用于接收电磁波微弱信号并将其转换为射频信号供FPGA模块作信号采集与处理，两个天线的间隔为1m。
[0007]在所述一种用于机载LiDAR装置的高频POS系统中，所述通信模块，模块支持TCP/IP协议，动态域名和IP地址访问。
[0008]在所述一种用于机载LiDAR装置的高频POS系统中，所述通信模块，支持移动、联通和电信手机卡，数据传输速率达到100Mbit/s，用于连接CORS服务器，获取差分改正数据来作后续融合解算。
[0009]在所述一种用于机载LiDAR装置的高频POS系统中，所述FPGA模块中具有A/D采集端口，能把模拟信号转换为数字信号。
[0010]在所述一种用于机载LiDAR装置的高频POS系统中，所述FPGA模块中具有高精度载波相位融合算法，能根据采集转换后的GNSS信号接收天线接收到的GNSS信号和通信模块获取的RTK差分数据进行融合解算，得到高精度的位置信息数据，得到的位置信息数据定位精度可达到厘米级。
[0011]在所述一种用于机载LiDAR装置的高频POS系统中，所述FPGA模块中具有插值算法，能预测出区间内的缺失数值，得到高频位置信息。
[0012]在所述一种用于机载LiDAR装置的高频POS系统中，所述加速度计和陀螺仪是三轴加速度计，三轴陀螺仪，可以测量各个方向的加速度，角速度。
[0013]在所述一种用于机载LiDAR装置的高频POS系统中，所述存储模块包括SD卡驱动芯片，SD卡驱动电路和SD卡，由中央控制芯片控制存储处理后的数据。
[0014]本专利技术具有如下突出的实质性特点和显著进步：
[0015]本专利技术公开了一种用于机载LiDAR装置的高频POS系统，可实现5KHz以上的高频高精度位置信息输出频率，与LiDAR激光回波相匹配。
附图说明
[0016]图1是本专利技术的原理展示图
[0017]图中标记：1
‑
高速FPGA模块；2
‑
GNSS信号接收天线1、2；3
‑
通信模块；4
‑
存储模块；5
‑
陀螺仪；6
‑
加速度计。
[0018]图2是本专利技术的模型展示图
[0019]图3是本专利技术的工作步骤。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下描述出一种用于机载LiDAR装置的高频POS系统的具体实施细节，结合附图对本专利技术具体设计原理作进一步详细说明。
[0021]参照图1，本实施例，包括GNSS信号接收天线，陀螺仪和加速度计，FPGA模块，通信模块，存储模块，FPGA导航信息处理程序。陀螺仪和加速度计的信号输出端连接FPGA的UART通信接口1、2，通信模块的通信接口连接FPGA模块的UART通信接口3，存储模块连接FPGA模块的UART通信接口4，两个GNSS信号接收天线分别连接FPGA模块的A/D采集端口1、2。FPGA设备时刻采集GNSS信号，并把GNSS信号使用载波相位测量算法计算出作业设备的单点定位数据，再融合通信模块获取的RTK差分数据进行载波相位差分融合解算，得到高精度的位置信息数据，再使用插值算法，得到高频的位置数据输出，从而实现对作业设备的高频高精度定位。
[0022]硬件部分，具体的，各个部分的主要功能为：
[0023]GNSS信号接收单元，用于接收实时的GNSS信号，把卫星广播的电磁波转换成易于处理的电信号；并把接收到的信号发送给FPGA的信号采集端口。
[0024]FPGA板卡，用于采集GNSS信号接收单元发送过来的信号，并把模拟信号转换为数字信号，发送给通信模块。
[0025]陀螺仪和加速度计，用于获取作业设备在工作中的高频高精度的姿态信息，包括三轴加速度，三轴角速度。
[0026]通信模块是一种高可靠低时延通信(uRLLC)和海量机器类通信(mMTC)模块，支持移动4G/3G/2G、联通4G/3G/2G和电信4G手机卡，具有高速率、低延迟和无线数传的功能，这里用作作业设备获取差分改正数据，传输RTK差分改正数据给FPGA，可以更进一步提高系统
的定位精度。
[0027]存储模块，使用SD卡和文件管理系统，实现对位置，姿态数据的存储。
[0028]软件部分，具体的，在本实施例中，要获取高频高精度定位数据，有如下几个步骤：
[0029]1.从FPGA采集的信号中，计算出平均角速度n、偏近点角Ek、平近角点Mk、真近点角Vk、升交点角距φk、归化时间t
k
、摄动改正项φk、摄动改正项δ
u
,δ
r
,δ
i
。升交点经度Ω
k
等参数，其中计算偏近点角的超越方程为：
[0030]E
k
＝M
k
+esin E
k
ꢀꢀꢀ
(1)
[0031]2.由上述参数计算出4课可见卫星的伪距和位置，根据公式：
[0032][0033]其中，(x
j
,本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于机载LiDAR装置的高频POS系统，其特征在于，该设备包括：一种用于机载LiDAR装置的高频POS系统，包括GNSS信号接收天线、陀螺仪和加速度计、通信模块、存储模块、FPGA模块、FPGA导航信息处理程序；陀螺仪和加速度计的信号输出端连接FPGA的UART通信接口1，通信模块的通信接口连接FPGA模块的UART通信接口2，存储模块连接FPGA模块的UART通信接口3，两个GNSS信号接收天线分别连接FPGA模块的A/D采集端口1；FPGA设备时刻采集GNSS信号，并把GNSS信号使用载波相位测量算法计算出作业设备的单点定位数据，再融合通信模块获取的RTK差分数据进行载波相位差分融合解算，得到高精度的位置信息数据，再使用插值算法，得到高频的位置数据输出，从而实现对作业设备的高频高精度定位；在所述一种用于机载LiDAR装置的高频POS系统中，所述GNSS信号接收天线为双馈点微带天线，所述双馈点微带天线用于接收电磁波微弱信号并将其转换为射频信号供FPGA模块作信号采集与处理；在所述一种用于机载LiDAR装置的高频POS系统中，所述通信模块，模块支持TCP/IP协议，动态域名和IP...
【专利技术属性】
技术研发人员：周国清，刘建武，袁鑫琨，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：
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