一种捷联惯性导航系统的制作方法

本实用新型涉及导航技术领域，尤其涉及一种捷联惯性导航系统。

背景技术：

惯性导航系统是利用惯性敏感器件、基准方向和初始的位置信息来确定载体的位置、速度和姿态的自助式导航系统。完全依靠载体自身的设备进行导航，不依赖与任何外部信息，也不向外部辐射能量，因此，具有隐蔽性、全天候等优点，被广泛应用于航天、航空、航海和许多民用领域，成为目前各种导航体上应用的主要导航设备。按惯性测量装置在载体上的安装方式，可以将惯性导航系统分为平台式惯性导航系统和捷联式惯性导航系统。平台式惯性导航系统采用了复杂的机械平台，其制造和维护成本较高，体积大，质量大，可靠性不高。捷联惯性导航系统省去了机电式的导航平台，从而使整个系统的体积、重量和成本大大的降低，惯性元件更加便于安装和维护，逐步取代了平台式惯性导航系统。传统的捷联惯性导航系统采用以下两种方案进行控制，一种是采用 ARM处理器进行惯导数据的采集，结合DSP对大量复杂的数据进行处理；另一种是采用FPGA作为系统外围设备扩展部分并进行控制，通过DSP进行导航的解算。这两种方案在一般的应用中是可行的，能够达到使用要求，但是在对系统尺寸、功耗、成本有严格要求的系统，上述方案无法满足要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种捷联惯性导航系统，该系统具有集成度高、结构简单的优点，降低了整个系统的体积和功耗，节省了设计成本，加快了设计周期，提高了导航系统的可靠性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种捷联惯性导航系统，包括微型测量单元、数据调理与滤波单元、控制单元、通讯单元、存储单元和供电单元，

所述微型测量单元与数据调理与滤波单元电连接，用于获取载体的轴向角速度和轴向加速度，具体包括微机械陀螺和微加速度计，所述微机械陀螺用于获取载体的运动角速度，具体采用IDG-300双轴陀螺，所述微加速度计用于获取载体的运动度，具体采用KXR94三轴加速度计；

所述数据调理与滤波单元与控制单元电连接，用于将微型测量单元获取的载体的轴向角速度和轴向加速度信号进行低通滤波后进行模数转换，并将转换后的信号发送至控制单元；

所述控制单元用于根据微型测量单元获取的载体的轴向角速度和轴向加速度信号，计算载体的空间位置，具体采用E2PC35F484C6N型FPGA芯片；

所述通讯单元与控制单元电连接，用于控制单元外部设备之间的数据交换；

所述存储单元与控制单元电连接，用于存储控制单元获取的数据；

所述供电单元与微型测量单元、数据调理与滤波单元、控制单元、通讯单元、存储单元均电连接，用于给上述单元供电。

特别地，所述数据调理与滤波单元包括多路选择器、稳压器和A/D转换器。

特别地，所述多路选择器采用ADG706芯片。

特别地，所述稳压器采用ADR445芯片。

特别地，所述A/D转换器采用AD7685芯片。

特别地，所述通讯单元包括三个MAX3232串行接口芯片。

特别地，所述微型测量单元还包括数字温度传感器，所述数字温度传感器与控制单元电连接，用于获取载体所处环境温度，并将其发送至控制单元；所述捷联惯性导航系统还包括温度补偿单元，所述温度补偿单元与控制单元电连接，用于引入温度补偿，消除温度对捷联惯性导航系统精度产生的影响。

本实用新型提出了一种捷联惯性导航系统，该系统具有集成度高、结构简单的优点，降低了整个导航系统的体积和功耗，节省了设计成本，加快了设计周期，提高了导航系统的可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例1提供的捷联惯性导航系统结构框图。

图2为本实用新型实施例1提供的微加速度计电路原理图。

图3为本实用新型实施例1提供的微机械陀螺电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1所示，图1为本实用新型实施例1提供的捷联惯性导航系统结构框图，所述捷联惯性导航系统包括微型测量单元、数据调理与滤波单元、控制单元、通讯单元、存储单元和供电单元。

所述微型测量单元与数据调理与滤波单元电连接，获取载体的轴向角速度和轴向加速度，具体包括微机械陀螺和微加速度计。加速度计是一个直接测量元件，它能连续测量运动载体的加速度，作为捷联惯性导航的重要敏感元件，用来测量载体相对惯性空间运动的加速度。本实施例中所述加速度计采用微加速度计，具体采用Kioni公司生产的三轴加速度计KXR94。KXR94内部已经对温度和电压波动引起的偏差进行了设计补偿，因此，由于电压和温度的波动对其测量值引起的偏差较小。KXR94测量范围为±2g，灵敏度系数为560mV/g，非线性度为0.1％，零加速度漂移为±150mg；2.8～3.3V均可工作；功耗很低，静态电流约1.1mA。如图2所示，图2为本实用新型实施例1提供的微加速度计电路原理图。陀螺仪用来测量载体的运动角速度，本实施例中所述陀螺仪采用微陀螺仪，具体采用InvenSense公司生产的IDG-300双轴陀螺， IDG-300精度稳定在±3°/s以内需要200ms。其采用3.0～3.3V供电，测量偏航角速度的范围是±500°/s，灵敏度为2mV/(rad·s－1)，零位输出电压为1.5V，通过外部电阻和电容可分别设定测量角速度的范围、带宽及零位输出电压。采用上述微机械陀螺和微加速度计，可以有效降低整个捷联惯性导航系统的功耗、成本和体积。

所述数据调理与滤波单元与控制单元电连接，将微型测量单元获取的载体的轴向角速度和轴向加速度信号进行低通滤波后进行模数转换，并将转换后的信号发送至控制单元。由于微型测量单元获取的数据存在较大的噪声，因此，在将该数据发送至控制单元之前需要进行低通滤波等一系列处理。本实施例采用滤波模块对微型测量单元输出的模拟信号进行低通滤波。考虑导数据采集时实行的要求，选用ADI公司的高速16位串行A/D芯片AD7685，采样速率高达 250KSPS。为了保证模拟数据能够有序的进行莫属转换，本实施例设置了多路选择器ADG706。同时，为了模数转换的精度，本实施例设置了稳压器ADR445，来保证参考电压的精度，进而确保数模转换的精度。

所述控制单元根据微型测量单元获取的载体的轴向角速度和轴向加速度信号，计算载体的空间位置，具体采用ALTERA公司的低成本、BGA封装、Cyclonell型E2PC35F484C6N型FPGA芯片。E2PC35F484C6N是一个微处理器单元，对载体的轴向角速度和轴向加速度进行积分等相关运算，解算出载体的速度、经纬度及航程等，精确获得载体的空间位置。

所述通讯单元与控制单元电连接，控制单元外部设备之间的数据交换，具体包括三个MAX3232串行接口芯片。其中一个用于FPGA与上位机之间的通讯，一个用于FPGA与GPS接收机之间的数据交换，还有一个用于其他外围设备的扩展。

所述存储单元与控制单元电连接，存储控制单元获取的数据；

所述供电单元与微型测量单元、数据调理与滤波单元、控制单元、通讯单元、存储单元均电连接，给上述单元供电。本实施例所述供电单元一共有三个供电电压标准，5V、3.3V、1.2V。采用LT1529、ADP3339、FAN112分别给微型测量单元、控制单元和数据调理与滤波单元供电。为了使供电单元的输出均匀化，降低负载需求，把输入信号中的干扰除掉，在供电电源管脚和地管脚旁边设置旁路电容。同时，为了避免相互间的耦合干扰，还需要设置去耦电容。

微陀螺仪内部未对温度引起的波动进行补偿，故本实施例所述捷联惯性导航系统还设有数字温度传感器和温度补偿单元，所述数字温度传感器与控制单元电连接，用于获取载体所处环境温度，并将其发送至控制单元；所述温度补偿单元与控制单元电连接，用于引入温度补偿，消除温度对捷联惯性导航系统精度产生的影响。

本实用新型的技术方案，通过微机械陀螺和微加速度计获取载体的轴向角速度和轴向加速度等运动参数，通过数据调理与滤波单元对运动参数进行滤波、放大和A/D转换，转换后的数据发送至控制单元计算导航参数，引导载体完成预定的移动任务，所述微机械陀螺、微加速度计和控制单元均具有集成度高、处理速度快、体积小、功耗低、价格便宜的优点，可以在保证整个捷联惯性导航系统导航稳定性、可靠性的同时，进一步降低系统的体积和功耗，节省设计成本，加快设计周期，大幅提高导航系统的性价比。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。