一种传感器组合飞行导航系统技术方案

本发明专利技术公开了一种传感器组合飞行导航系统，涉及飞机导航系统应用技术领域，其技术方案要点是：包括主控单元、惯性测量单元、GPS单元、气压测量单元和辅助电路；主控单元为ARM内核处理器和DSP内核处理器构成的双核异构处理器OMAPL138；ARM内核处理器与DSP内核处理器间通过共享内存与中断通信；ARM内核处理器负责各传感器原始数据采集，DSP内核处理器负责数据融合处理，解算出飞行器的姿态、位置、航向、高度和速度的信息，并将信息传给ARM内核处理器，发送给外部飞控进行导航控制。本发明专利技术的组合飞行导航系统，能提高导航系统量测数据的精确度，增强数据的可靠性，增强系统的抗干扰能力，减轻处理器负担，提高系统实时性。提高系统实时性。提高系统实时性。

【技术实现步骤摘要】
一种传感器组合飞行导航系统


[0001]本专利技术涉及飞机导航系统应用
，更具体地说，它涉及一种传感器组合飞行导航系统。

技术介绍

[0002]飞行导航系统是飞行器的“眼睛”，负责飞行器姿态、位置、航向、高速、速度等信息量测，为自主飞行控制提供数据支撑，其准确性是影响飞行器自主飞行和飞行安全的关键因素。从20世纪30年代至今，研究人员不断研究与发展飞行导航技术，目前常见的机载导航技术有卫星导航、视觉导航、地磁导航、惯性导航以及组合导航等。
[0003]卫星导航系统有美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳(GLONASS)、欧洲伽利略(GALILEO)和中国北斗系统(BEIDOU)，卫星导航系统可提供全天候、全天时、全地域、高精度、误差不随时间发散的导航信息，但其信息更新频率慢、抗干扰性较差、易失锁产生周跳。视觉导航系统自主性高，测量精度高，但其受环境干扰大、测量盲区大、视觉算法开发难度大，且要求视觉传感器和视觉解算控制器具有较高性能。地磁导航具有无源、无辐射、隐蔽性强，不受敌方干扰、全天时、全天候、全地域、能耗低、不存在误差积累等特点，但需存储大量的地磁数据来做位姿匹配，较适合航海制导。惯性导航系统又可分为平台式和数字捷联式两种，平台式用高精度陀螺仪和加速度计搭建平台，导致体积和重量较大、价格昂贵；捷联式基于MEMS(微机电系统)技术制造的陀螺仪、加速度、磁力计等搭建“数学平台”代替实体平台，具有体积小、重量轻、功耗低等特点，MEMS陀螺仪测量姿态角短期精度高，但角速度的漂移误差会随时间累积发散，加速度计和磁力计输出误差长期稳定性好，但易受外界环境干扰，动态性能较低。因此对MEMS惯性器件误差建模、标定方法及滤波算法提出了更高的要求；平台式和捷联式惯性导航系统是完全自主推算式的导航定位系统，其自主性强、隐蔽性好，输出信息连续全面、频率高，但误差随时间不断累积，精度降低，甚至会导致发散。
[0004]为此，本专利技术旨在提出一种传感器组合飞行导航系统，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决上述问题，提供一种传感器组合飞行导航系统，本专利技术采用惯性传感器和GPS传感器组合，结合气压传感器与其余辅助电路，形成传感器组合飞行导航系统，能够提高导航系统量测数据的精确度，增强数据的可靠性，增强系统的抗干扰能力，减轻处理器负担，提高系统实时性。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种传感器组合飞行导航系统，包括主控单元、惯性测量单元、GPS单元、气压测量单元和辅助电路；
[0007]所述主控单元为ARM内核处理器和DSP内核处理器构成的双核异构处理器OMAPL138；所述ARM内核处理器与DSP内核处理器间通过共享内存与中断通信；所述ARM内核处理器负责各传感器原始数据采集，DSP内核处理器负责数据融合处理，解算出飞行器的姿态、位置、航向、高度和速度的信息，并将信息传给ARM内核处理器，发送给外部飞控进行导
航控制；
[0008]所述惯性测量单元包括三轴陀螺仪、三轴加速计和三轴磁力计；
[0009]所述辅助电路包括供电单元、调试单元、存储单元和对外接口单元；所述供电单元给用电设备供电；所述调试单元设有JTAG下载口和调试接口，用于程序开发调试；所述存储单元设有NANDFLASH数据存储空间和SDRAM程序运行空间，用于存储飞行数据和为主控单元提供内存空间；
[0010]所述GPS单元用于测量机体所处的经度、纬度、高度、航迹角、北东地向速度和时间的信息，所述GPS单元包括GPS接收机和GPS天线；
[0011]所述气压测量单元包括静压计和全压计。
[0012]通过采用上述技术方案，三轴陀螺仪、三轴加速计、三轴磁力计相互融合进行姿态测算，实现优势互补，提高了系统测姿精度，利用GPS单元长时期较高精度的位置信息修正惯性导航的累计误差，提高导航数据的可靠性，能够提高导航系统量测数据的精确度，增强系统可靠性；当GPS信号受到高强度干扰或出现故障时，惯性测量单元可辅助GPS天线快速对准卫星，惯性导航系统可以独立进行导航定位，从而能够减小干扰对系统的影响，增强系统的抗干扰能力；ARM内核处理器基于实时操作系统进行数据采集，DSP内核处理器负责数据融合解算，实现处理器负荷合理分担，能够有效提高系统实时性；利用惯性传感器短时间内定位精度高和数据采样率高的优势，内插所求事件发生的实时位置，为GPS单元提供辅助信息，从而提高系统采样率和实时性；采用集成度更高、功耗更低的MEMS器件，有利于系统小型化、轻量化，也有利于降低系统的功耗。
[0013]本专利技术进一步设置为：所述GPS接收机采用诺瓦泰OEM718D，具有RTK功能，且所述GPS接收机支持所有GNSS系统，包括GPS、GLONASS、GALILEO、BEIDOU。
[0014]通过采用上述技术方案，便于GPS单元与地面差分系统结合，使空间位置测量精度可以达到厘米级。
[0015]本专利技术进一步设置为：所述惯性测量单元采用战术级10自由度惯性传感器ADIS16488，所述三轴陀螺仪、三轴加速计和三轴磁力计内置于战术级10自由度惯性传感器ADIS16488。
[0016]通过采用上述技术方案，能够对传感器的灵敏度、偏置、对准和线性加速度进行校准，使其具有很小的偏置误差和角度随机游走，且拥有精确的动态误差补偿公式，显著提高测量精度。
[0017]本专利技术进一步设置为：所述三轴陀螺仪、三轴加速计和三轴磁力计均设有均值或抽取滤波器。
[0018]通过采用上述技术方案，三轴陀螺仪用来侧量机体三个轴向的角速度，其具有良好的噪声性能和温度性能，且拥有低功耗高分辨率的特点，三轴加速度计用于测量三个轴向的加速度，三轴磁力计用于测量三个轴向的磁场强度；其均设有均值或抽取滤波器，有利于提高角速度、加速度和磁场强度等一次量的精确度。
[0019]本专利技术进一步设置为：所述供电单元具有6
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28V的宽电压输入和95％电源转换效率，且所述供电单元为三路电源热备份。
[0020]通过采用上述技术方案，便于为系统进行供电。
[0021]本专利技术进一步设置为：所述对外接口单元为1路RS422接口，且RS422接口可通过接
线转变为RS485。
[0022]通过采用上述技术方案，使得通信距离远，抗干扰性强，可有效保障远距离传输。
[0023]综上所述，与现有技术中的单一导航系统相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0024](1)能够提高导航系统量测数据的精确度，提高系统可靠性，卡尔曼滤波和互补滤波器同时对陀螺仪、加速度计、磁力计、GPS数据和气压数据进行融合测算，实现优势互补，提高了系统测量精度；
[0025](2)能够提高系统的抗干扰能力，利用惯性传感器短时间内定位精度较高和数据采样率高的特点，可以为GPS提供辅助信息，当GPS受干扰失效时，也可利用惯性系统导航，增强系统的抗干扰能力；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种传感器组合飞行导航系统，其特征是：包括主控单元(1)、惯性测量单元(2)、GPS单元(3)、气压测量单元(4)和辅助电路；所述主控单元(1)为ARM内核处理器(9)和DSP内核处理器(10)构成的双核异构处理器OMAPL138；所述ARM内核处理器(9)与DSP内核处理器(10)间通过共享内存与中断通信；所述ARM内核处理器(9)负责各传感器原始数据采集，DSP内核处理器(10)负责数据融合处理，解算出飞行器的姿态、位置、航向、高度和速度的信息，并将信息传给ARM内核处理器(9)，发送给外部飞控进行导航控制；所述惯性测量单元(2)包括三轴陀螺仪(11)、三轴加速计(12)和三轴磁力计(13)；所述辅助电路包括供电单元(5)、调试单元(6)、存储单元(7)和对外接口单元(8)；所述供电单元(5)给用电设备供电；所述调试单元(6)设有JTAG下载口(21)和调试接口(22)，用于程序开发调试；所述存储单元(7)设有NANDFLASH数据存储空间(24)和SDRAM程序运行空间(23)，用于存储飞行数据和为主控单元(1)提供内存空间；所述GPS单元(3)用于测量机体所处的经度、纬度、高度、航迹角、北东地向速度和时间的信息，所述GPS单元(3)包括GP...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪华松，宋国庆，徐海航，毛仲君，刘进，魏建峰，叶德章，郭帅，陈佳乐，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所，
类型：发明
国别省市：