专利名称：组合导航装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及导航技术领域，特别涉及一种组合导航装置。
背景技术：
随着嵌入式技术的发展现有技术的导航设备已无法满足用户的需求。现有的组合导航有将INS系统(Inertial Navigation System，惯性导航系统)与GPS接收机组合，或将INS与汽车里程计组合，或将INS与磁强计组合等方式。这些方法主要思想都是利用GPS、里程计、磁强计等传感器的观测信息对INS测量信息进行辅助，减少其长期漂移误差对导航结果精度的影响。这些方式中由于里程计、磁强计等依赖载体具体情况且无法做成嵌入式一体化设计而逐渐退出，GPS/INS组合方式因其易于集成而成为研究热点。现有组合导航装置多采用分散传感器方式，即各传感器未集成在同一装置内部，或者集成之后仍有体积大、重量重、成本高等缺陷。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。为此，本发明的目的在于提出一种组合导航装置。为达到上述目的，本发明的实施例提出一种组合导航装置，其中，所述组合导航装置设置在载体上，其特征在于，包括:导航模块，用于获得GPS观测信息，所述导航模块包括GPS芯片；测量模块，用于测量所述载体的惯性导航信息；计算模块，用于将所述GPS观测信息和所述惯性导航信息进行处理得到所述载体的状态信息，所述状态信息包括载体的速度、位置和姿态信息；以及电源模块，用于为所述导航模块、测量模块和计算模块供电，其中，所述计算模块设置在所述·测量模块上方，所述导航模块设置在所述测量模块上方，所述电源模块设置在所述导航模块的上方。在本发明的一个实施例中，还包括:监测模块，用于接收来自所述计算模块的状态信息，以根据所述状态信息对所述载体的导航状况进行监测；以及组装件，所述组装件用于将所述组合导航装置安装于所述载体上。在本发明的一个实施例中，所述计算模块具体包括:解算单元，用于对所述惯性导航信息进行惯性解算；构成单元，用于通过所述GPS观测信息构成卡尔曼滤波器；以及修正单元，用于通过所述卡尔曼滤波器对所述惯性解算结果进行修正得到导航结果，其中，所述导航结果包括所述载体的状态信息，所述状态信息包括载体的速度、位置和姿态信息。在本发明的一个实施例中，所述状态信息包括载体的速度、位置和姿态信息。在本发明的一个实施例中，所述电源模块、导航模块和计算模块的外形尺寸与所述测量模块的平面尺寸相同。 在本发明的一个实施例中，所述电源模块、导航模块和计算模块均具有i/o接口，以分别通过各自的I/o接口进行相互通讯，且所述导航模块还包括天线。在本发明的一个实施例中，所述电源模块与所述导航模块可拆卸地连接，所述导航模块和所述计算模块可拆卸地连接。在本发明的一个实施例中，所述电源模块用于向所述导航模块、测量模块和计算模块提供直流电压。根据本发明实施例的装置，通过GPS观测信息和惯性导航信息进行融合、计算已获得载体的状态信息，同时还减小了体积、重量和功耗，降低了成本。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:图1为根据本发明一个实施例的组合导航装置的框架图；图2为根据本发明另一个实施例的组合导航装置的框架图；图3为根据 本发明一个实施例的组合导航装置的结构示意图；以及图4为根据本发明一个实施例的导航模块100的示意图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。图1为根据本发明一个实施例的组合导航装置的框架图。如图1所示，根据本发明实施例的组合导航装置包括导航模块100、测量模块200、计算模块300和电源模块400。导航模块100用于获得GPS观测信息，导航模块包括GPS芯片。其中，GPS芯片采用LEA_6T型号芯片，既可提供卫星导航的位置、速度信息也可提供每颗卫星与载体天线间距离、多普勒频率等信息，这些信息均以标准232串口形式向外发送。GPS芯片外围电路实现射频信号引入及芯片供电等功能。测量模块200用于测量载体的惯性导航信息。其中，惯性导航信息包括载体的加速度、角速度、速度、姿态和装置位置等。具体地，测量模块基于三轴MEMS加速度计和三轴MEMS陀螺，加速度计零偏稳定性为4mg，陀螺零偏稳定性为40° /h。加速度计和陀螺分别测量载体三轴加速度和角加速度，通过积分算法得出载体的姿态、航向、速度和位置等信息，同时加入温度补偿等算法保证测量模块在全温范围内测量准确性。计算模块300用于将GPS观测信息和惯性导航信息进行处理得到载体的状态信息，状态信息包括载体的速度、位置和姿态信息。具体地，将GPS观测信息和惯性导航信息融合，利用初始对准和组合导航算法实时计算出当前载体的速度位置姿态等信息。在本发明的一个实施例中，计算模块300具体包括:解算单元310、构成单元320和修正单元330。解算单元310用于对惯性导航信息进行惯性解算。
构成单元320用于通过GPS观测信息构成卡尔曼滤波器。修正单元330用于通过卡尔曼滤波器对惯性解算结果进行修正得到导航结果，其中，导航结果包括载体的状态信息，状态信息包括载体的速度、位置和姿态信息。在本发明的一个实施例中，构成单元320通过由GPS观测信息所构成的误差模型构成卡尔曼滤波器，并结合由解算单元310所得到的解算结果滤波、修正处理以得到准确的导航结果。电源模块400用于为导航模块、测量模块和计算模块供电。其供电电压为+28V的直流电压在本发明的一个实施例中，计算模块300设置在测量模块200上方，导航模块100设置在测量模块200上方，电源模块400设置在导航模块100的上方。图2为根据本发明另一个实施例的组合导航装置的框架图。如图2所示，根据本发明实施例的组合导航装置还包括监测模块500和组装件600。具体地，监测模块500用于接收来自计算模块的状态信息，以根据状态信息对载体的导航状况进行监测。具体地，监测模块500为可进行人机交互界面的上位机，从而实现上位机对组合导航装置的控制。通过监测模块500可向组合导航装置发送控制命令，可人为给出不同的初始航向姿态信息，可实时观察组合导航装置各信息量输出并将导航结果进行保存。组装件600组装件用于将组合导航装置安装于载体上。具体地，组装件600将组合导航装置各模块采用层叠方式安装在一起，彼此之间通过栈接插座实现电气连接，通过小螺栓固定。组装后装置为圆柱形，可通过四周安装孔直接安装在载体上。图3为根据本发明一个实施例的组合导航装置的结构示意图。如图3所示，计算模块300设置在测量模块200上方，导航模块100设置在测量模块200上方，电源模块400设置在导航模块100的上方。电源模块400与导航模块100可拆卸地连接，导航模块100和计算模块300可拆卸地连接。 导航模块100、计算模块300和电源模块400均通过接插件05和螺钉06插接在一起，并且电源模块4 00、导航模块100和计算模块300的外形尺寸与测量模块200的平面尺寸相同，因此可以最大程度压缩整个装置的体积。在本发明的一个实施例中，测量模块200为圆柱体，使得导航模块100、计算模块300和电源模块400与测量模块200所结合后的组合导航装置成为圆柱体。在本发明的一个实施例中，电源模块、导航模块和计算模块均具有I/O接口，以分别通过各自的I/o接口进行相互通讯，且导航模块还包括天线。图4为根据本发明一个实施例的导航模块100的示意图。如图4所示，导航模块100选择单独的GPS芯片11，并设计外围电路12，而不是使用GPS板卡，使得导航模块100能够适合测量模块200的外形，进而缩小组合导航装置的体积。另外，导航模块100将I/O接口 12以及GPS天线13设置在上方开口处，进一步方便了安装和调试。同样地，计算模块300和电源模块400的I/O接口也设置在上方开口处。利用本发明实施的结构，可使组合导航装置的体积缩小到直径80mm，高度80mm，重量在600g左右。根据本发明实施例的装置，通过GPS观测信息和惯性导航信息进行融合、计算已获得载体的状态信息，同时还减小了体积、重量和功耗，降低了成本。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可 以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
权利要求
1.一种组合导航装置，其中，所述组合导航装置设置在载体上，其特征在于，包括: 导航模块，用于获得GPS观测信息，所述导航模块包括GPS芯片； 测量模块，用于测量所述载体的惯性导航信息； 计算模块，用于将所述GPS观测信息和所述惯性导航信息进行处理得到所述载体的状态信息，所述状态信息包括载体的速度、位置和姿态信息；以及 电源模块，用于为所述导航模块、测量模块和计算模块供电，其中，所述计算模块设置在所述测量模块上方，所述导航模块设置在所述测量模块上方，所述电源模块设置在所述导航模块的上方。
2.如权利要求1所述的组合导航装置，其特征在于，还包括: 监测模块，用于接收来 自所述计算模块的状态信息，以根据所述状态信息对所述载体的导航状况进行监测；以及 组装件，所述组装件用于将所述组合导航装置安装于所述载体上。
3.如权利要求1所述的组合导航装置，其特征在于，所述计算模块具体包括: 解算单元，用于对所述惯性导航信息进行惯性解算； 构成单元，用于通过所述GPS观测信息构成卡尔曼滤波器；以及修正单元，用于通过所述卡尔曼滤波器对所述惯性解算结果进行修正得到导航结果，其中，所述导航结果包括所述载体的状态信息，所述状态信息包括载体的速度、位置和姿态信息。
4.如权利要求1或2所述的组合导航装置，其特征在于，所述状态信息包括载体的速度、位置和姿态信息。
5.如权利要求1所述的组合导航装置，其特征在于，所述电源模块、导航模块和计算模块的外形尺寸与所述测量模块的平面尺寸相同。
6.如权利要求1所述的组合导航装置，其正在在于，所述电源模块、导航模块和计算模块均具有I/o接口，以分别通过各自的I/O接口进行相互通讯，且所述导航模块还包括天线。
7.如权利要求1所述的组合导航装置，其特征在于，所述电源模块与所述导航模块可拆卸地连接，所述导航模块和所述计算模块可拆卸地连接。
8.如权利要求1所述的组合导航装置，其特征在于，所述电源模块用于向所述导航模块、测量模块和计算模块提供直流电压。
全文摘要
本发明提出一种组合导航装置，其中，组合导航装置设置在载体上，其特征在于，包括导航模块，用于获得GPS观测信息，导航模块包括GPS芯片；测量模块，用于测量载体的惯性导航信息；计算模块，用于将GPS观测信息和惯性导航信息进行处理得到载体的状态信息；以及电源模块，用于为导航模块、测量模块和计算模块供电，其中，计算模块设置在测量模块上方，导航模块设置在测量模块上方，电源模块设置在导航模块的上方。根据本发明实施例的装置，通过GPS观测信息和惯性导航信息进行融合、计算已获得载体的状态信息，同时还减小了体积、重量和功耗，降低了成本。
文档编号G01S19/49GK103235329SQ20131014218
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月22日 优先权日2013年4月22日
发明者郭美凤, 包超, 张嵘, 刘刚 申请人:清华大学