基于NB-IoT网络的组合导航定位终端的制作方法

本实用新型涉及导航定位技术领域，尤其涉及一种基于nb-iot网络的组合导航定位终端。

背景技术：

现有方案一般为普通精度的惯性导航，定位精度多为3米左右，对于亚米级定位的市场无法满足。同时现有的传输技术多为2g、3g或者4g，前两者已经逐步退网，4g则在成本和功耗上不及nb-iot技术。

同时，普通卫星定位在隧道，地下车库，高架桥、城市高楼等区域会出现定位中断的情况，且定位精度多为3米以上，对于需要对车辆进行更高定位要求的需求场景无法满足。

常常因为定位不准确而导致资源浪费，或者因为无法进行信号传输，导致定位延时，造成用户体验效果差。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种基于nb-iot网络的组合导航定位终端，用以解决普通导航精度差、定位延时的技术问题。

本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型提供了一种基于nb-iot网络的组合导航定位终端，其特征在于，包括卫星导航定位模组、惯性导航定位模组、处理器和nb-iot传输模组；

所述卫星导航定位模组和所述处理器电连接，所述惯性导航定位模组和所述处理器电连接，所述nb-iot传输模组和所述处理器电连接；

所述卫星导航定位模组，通过卫星导航天线接收定位位置信息；

所述惯性导航定位模组，通过三轴加速度和三轴角速度定位所述位置信息；

所述nb-iot传输模组，在所述卫星导航天线失效时，通过nb-iot传输天线定位位置信息。

优选地，所述惯性导航定位模组包括加速度传感器、磁力计、气压计、和陀螺仪。

优选地，所述加速度传感器的数据得到三轴加速度，通过所述陀螺仪数据得到三轴角速度，通过所述磁力计和所述气压计的数据对三轴加速度和三轴角速度进行补偿，得到所述定位所述位置信息。

优选地，所述卫星导航定位模组还包括导航定位芯片和标准rfid标签。

优选地，所述卫星导航天线接收到定位所述位置信息后，所述导航定位芯片对所述位置信息进行处理，所述标准rfid标签给所述位置信息添加标签，并发送给所述处理器。

优选地，所述nb-iot传输模组还包括控制器和外接单元；所述控制器通过所述外接单元接入所述处理器。

优选地，所述nb-iot传输模组还包括多频道射频接收单元和adc数模转换器，所述控制器和所述nb-iot传输天线的信息通过所述多频道射频接收单元、所述adc数模转换器进行数据传输。

优选地，所述nb-iot传输模组包括信号接收电路，所述信号切换电路包括：第一电容、第一电感、第二电感、信号控制芯片、第三电感、第四电感和第五电感；

第一电容和第一电感串联，第一电感的另一端接入信号控制芯片的第四输入/输出引脚，第一电容的另一端接入所述nb-iot传输模组的控制器的芯片驱动引脚，第二电感和第三电感串联，第二电感的另一端接所述nb-iot传输模组的控制器的输入/输出端口，第三电感的另一端接信号控制芯片的第二输入/输出引脚，信号控制芯片的第三输入/输出引脚串联第四电感后接入所述nb-iot传输模组的控制器的芯片驱动引脚，控制芯片的第四输入/输出引脚串联第五电感后接入所述nb-iot传输模组的控制器的输入/输出端口。

优选地，所述卫星导航定位模组包括定位请求信号触发电路；

所述定位请求信号触发电路包括：信号处理芯片和第六电感，信号处理芯片的输入引脚和使能引脚共点和所述卫星导航天线电连接，信号处理芯片的开关引脚和第六电感串联后和信号处理芯片的输出引脚共点接负载。

优选地，还包括电源组件，所述电源组件为所述惯性导航定位终端供电。

优选地，还包括自适应电平电路，所述自适应电平电路的输入端接上一级芯片的输出信号，所述自适应电平电路的输出端输出一个与所述输出信号相对应的输入信号到下一级芯片，所述自适应电平电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一三极管和第二三级管，第三电阻的一端和第四电阻的一端共点接入第一三极管的基极，第三电阻另一端接输入信号端，第四电阻的另一端和第一三极管的发射极共点接地，第五电阻的一端和第七电阻的一端共点接入第一三极管的集电极，第五电阻的另一端和第六电阻的一端共点接入第二三极管的基极，第六电阻的另一端和第二三极管的发射极共点接地，第七电阻的另一端和第八电阻的一端共点接入电源，第八电阻的另一端和第二三极管的集电极共点接负载。

综上所述，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型提供的基于nb-iot网络的组合导航定位终端,用以解决普通导航精度差、定位延时的技术问题。

本实用新型通过在普通卫星定位的基础上增加nb-iot通讯方式，使得普通卫星定位能够准确定位隧道、地下车库，高架桥、城市高楼等特殊环境。

具体为，将卫星导航定位模组、惯性导航定位模组通过处理器和外接nb-iot传输模组进行组合，所述nb-iot传输模组作为卫星导航定位模组的备用信号接收装置，在卫星导航定位模组无发完成定位位置信息时，通过所述nb-iot传输模组进行定位位置信息的接收，nb-iot传输模组传入差分数据，使得定位精度优化至亚米级，可准确隧道、地下车库，高架桥、城市高楼等特殊环境，从而提高数据的准确性和用户体验度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，这些均在本实用新型的保护范围内。

图1为本实用新型实施例1中基于nb-iot网络的组合导航定位终端模块框图；

图2为本实用新型实施例1中基于nb-iot网络的组合导航定位终端结构框图；

图3为本实用新型实施例1中卫星导航定位模组电路图；

图4为本实用新型实施例1中nb-iot传输模组电路图；

图5为本实用新型实施例1中惯性导航定位模组电路图；

图6为本实用新型实施例1中处理器电路图；

图7为本实用新型实施例1中nb-iot传输模组信号接收电路图；

图8为本实用新型实施例1中信号触发电路图；

图9为本实用新型实施例1中自适应电平电路图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。如果不冲突，本实用新型施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本实用新型的保护范围之内。

实施例1：

本实用新型实施例1公开了一种基于nb-iot网络的组合导航定位终端，如图1所示，包括卫星导航定位模组、惯性导航定位模组、处理器和nb-iot传输模组；传感控制模组和处理器，所述传感控制模组包括信号收发单元、数据采集单元；

所述卫星导航定位模组和所述处理器电连接，所述惯性导航定位模组和所述处理器电连接，所述nb-iot传输模组和所述处理器电连接；

所述卫星导航定位模组，通过卫星导航天线接收定位位置信息；

所述惯性导航定位模组，通过三轴加速度和三轴角速度定位所述位置信息；

所述nb-iot传输模组，在所述卫星导航天线失效时，通过nb-iot传输天线定位位置信息。

该基于nb-iot网络的组合导航定位终端通过外接nb-iot传输模组，能够改变卫星导航定位模组利用2g、3g进行无线传输导致的定位不准确，受环境影响大的问题，在需要精准定位时，利用nb-iot传输模组进行数据压缩、打包的基础上，采用序号包握手确认机制，保证了数据传输的可靠性，可针对丢包的数据建立高效的重传机制，提高定位的精度，保证在卫星导航定位模组受2g、3g网络传输信号受影响时，可以定位位置信息，采用nb-iot传输模组的导航定位终端是对采用2g、3g网络的普通导航定位的有效补充，nb-iot传输模组的传输成本低于4g，可以有效控制成本，同时，通过惯性导航定位模组，可以实现高精度定位位置信息。

优选地，所述惯性导航定位模组包括加速度传感器、磁力计、气压计、和陀螺仪。

优选地，所述加速度传感器的数据得到三轴加速度，通过所述陀螺仪数据得到三轴角速度，通过所述磁力计和所述气压计的数据对三轴加速度和三轴角速度进行补偿，得到所述定位所述位置信息。

具体为，通过惯性导航定位模组，通过加速度计、陀螺仪、磁力计建立了九轴坐标系数学模型，采用了紧耦合方式，采用卡尔曼滤波方程采集的姿态信息数据进行滤波、收敛和回归。本方案通过建立矩阵对姿态数据进行记录和还原，使得在没有卫星信号的场景仍然可以持续输出定位数据，大大提升了定位的可靠性，使得原本没有卫星信号的区域仍然可以实现高精度定位。

首先，根据惯性导航原理：根据欧拉角和四元数建立求取姿态角的方向余弦矩阵，即表达式一：

根据表达式一得到欧拉角关于四元数的表达式二：

θ＝arcsin(-2(q2q4-q1q3))

根据陀螺仪求取四元数，再将四元数转换成姿态角(ψ、θ、α)。根据运动体安装的三轴陀螺仪，可以得到在运动体坐标系下的三轴角速度(wx，wy，wz)，得到四元数关于三轴角速度表达式三：

根据加速度计的数据，采用卡尔曼滤波方程对四元数进行修正，得到惯性导航定位终端的坐标模型表达式五：

x(k)＝ax(k-1)+bu(k)+w(k)

z(k)＝hx(k)+v(k)

其中，x(k)是k时刻的系统状态，u(k)是k时刻对系统的控制量。a和b是系统参数。z(k)是k时刻的测量值，h是测量系统的参数。w(k)和v(k)分别表示过程和测量的噪声。

为了提高惯性导航仪的启动速度，需要利用欧拉角求取初始的四元数，首先根据运动体上三轴加速度计输出的三轴加速度(fx，fy，fz)，得到俯仰角θ和横滚角α的表达式六：

获取磁力计的三轴磁场强度:

加速度计对磁力计进行倾斜补偿，得到：

从而得到偏航角ψ的值：

从而得到准确的位置信息。

优选地，所述卫星导航定位模组还包括导航定位芯片和标准rfid标签。

优选地，所述卫星导航天线接收到定位所述位置信息后，所述导航定位芯片对所述位置信息进行处理，所述标准rfid标签给所述位置信息添加标签，并发送给所述处理器。

优选地，所述nb-iot传输模组还包括控制器和外接单元；所述控制器通过所述外接单元接入所述处理器。

优选地，所述nb-iot传输模组还包括多频道射频接收单元和adc数模转换器，所述控制器和所述nb-iot传输天线的信息通过所述多频道射频接收单元、所述adc数模转换器进行数据传输。

因为nb-iot通讯采用的是差分数据，其在桥梁、地下室、隧道等特殊环境依然能够接收和发送信号，且精度高，因此在卫星导航定位模组没有信号时，产生一个触发信号使得外接单元导通，nb-iot传输模组的控制器通过nb-iot传输天线获得定位位置信息，进行导航定位。

nb-iot传输模组还包括运算单元、存储单元、时钟单元、adc数模转换和多频道射频接收单元。运算单元优选fpga、mcu或cpu。

该惯性导航定位终端主要应用车辆定位、车辆监控、机器人定位。

如图3所示，卫星导航定位模组电路包括芯片is8310u3及外部电路构成，用于接受卫星定位信息，进行导航定位，芯片is8310u3的控制信号引脚scl和数据引脚sda接入处理器的对应引脚，即图6所示的12c_scl和12c_sda。

如图4所示，nb-iot传输模组电路包括控制器芯片xy1100_b0p1u5及外部电路，用于接收位置信号，进行导航定位，控制器芯片xy1100_b0p1u5的通用输入输出引脚接入处理器通用输入输出引脚。

如图5所示，惯性导航定位模组电路包括芯片e09a54rau4的芯片及外部电路，用于处理惯性导航定位模组加速度传感器、磁力计、气压计、和陀螺仪的数据，得到位置信息用于导航定位，芯片e09a54rau4的芯片的控制信号引脚和数据引脚分别接入处理器的对应引脚，如图6和图5接线标签所示。

如图6所示，处理器电路包括处理器芯片u7，用于处理惯性导航定位模组、卫星导航定位模组、nb-iot传输模组的数据，同时对惯性导航定位模组、卫星导航定位模组、nb-iot传输模组的工作进行控制和调配，具体接线关系如图3至图6接线标签所示。

在一实施例中，如图7所示，为nb-iot传输模组信号接收电路，所述信号接收电路包括：第一电容c1、第一电感l1、第二电感l2、信号控制芯片u1、第三电感l3、第四电感l4和第五电感l5；

第一电容c1和第一电感l1串联，第一电感l1的另一端接入信号控制芯片u1的第一输入/输出引脚rf2，第一电容c1的另一端接入所述nb-iot传输模组的控制器的芯片驱动引脚，控制信号控制芯片u1的第二输入/输出引脚rf1导通或者断开，第一电容c1和第一电感l1对芯片驱动引脚输出的波形进行滤波处理，防止控制芯片u1损坏，第二电感l2和第三电感l3串联，第二电感l2的另一端接所述处理器的输入/输出端口，第三电感l3的另一端接信号控制芯片u1的第二输入/输出引脚rf2，当信号控制芯片u1的第二输入/输出引脚rf2导通时，控制器和信号控制芯片u1进行数据传递，信号控制芯片u1的第三输入/输出引脚rf3串联第四电感l4后接入所述nb-iot传输模组的芯片驱动引脚，控制芯片u1的第四输入/输出引脚rf4串联第五电感l5后接入所述nb-iot传输模组的输入/输出端口,nb-iot传输模组的芯片驱动引脚串联第五电感l5也是为了调整输入波形，当信号控制芯片u1的第三输入/输出引脚rf3导通时，控制芯片的传输引脚和处理器的数据引脚连接进行数据通信，处理器和信号控制芯片u1进行数据传递，电容c4、c5、c6、c8、c9、c2、c3、电感l7均为滤波作用，信号控制芯片u1和nb-iot传输模组的控制器的接线，结合图4，如接线标签所示。

在另一实施例中，如图8所示，为定位请求信号的触发电路，包括：信号处理芯片u2和第六电感l6，信号处理芯片u2的输入引脚vin和使能引脚en共点和所述卫星导航天线电连接，信号处理芯片u2的开关引脚sw和第六电感l6串联后和信号处理芯片的输出引脚out共点接负载，开关引脚sw为功率开关控制引脚，根据输出波形和功率控制输出信号，可以实现定位信号的实时接收。

该定位请求信号的触发电路还包括电阻r1和r2，电容c10、c11和c12，信号处理芯片u2的反馈引脚fb和电阻r1串联接入输出端，电阻r1为分压电阻，可以保护电路，减小脉冲幅宽，信号处理芯片u2的反馈引脚fb通过电阻r2接地，信号处理芯片u2的输出端通过电容c12接地，电容c11和电容c12并联，对输入信号进行滤波。

在又一实施例中，如图9所示，自适应电平电路的输入端接上一级芯片的输出信号，所述自适应电平电路的输出端输出一个与所述输出信号相对应的输入信号到下一级芯片，在卫星导航定位模组、惯性导航定位模组、处理器和nb-iot传输模组间均设有自适应电平电路，通过芯片的输入电压和输出电压的电平转换，使得输入信号能够触发下一级芯片工作，所述自适应电平电路包括第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第一三极管q1和第二三级管q2，第三电阻r3的一端和第四电阻r4的一端共点接入第一三极管q1的基极，第三电阻r3另一端接输入信号端，第四电阻r4的另一端和第一三极管q1的发射极共点接地，第五电阻r5的一端和第七电阻r7的一端共点接入第一三极管q1的集电极，第五电阻r5的另一端和第六电阻r6的一端共点接入第二三极管q2的基极，第六电阻r6的另一端和第二三极管q2的发射极共点接地，第七电阻r7的另一端和第八电阻r8的一端共点接入电源，第八电阻r8的另一端和第二三极管q2的集电极共点接负载。

采用实施例1的惯性导航定位终端，卫星导航定位模组在桥梁、隧道、地下室等特殊环境下无法传输信号时，nb-iot传输模组进行定位位置信息，同时也可以使用惯性导航定位模组提高定位位置精度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。