双天线gnss/ins组合导航系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于组合导航技术领域，具体涉及一种双天线GNSS/INS组合导航系统。
【背景技术】
[0002]如今，许多导航应用领域需要导航系统不仅提供准确的位置和速度信息，还需要提供准确的载体姿态信息，如飞机、船舶、车辆等。传统上，组合导航中，GNSS用于定位，姿态则由惯性导航元件负责，但这种方法，姿态角的误差会随时间不断累积，且姿态角可观测性低甚至不可观测。所以，近年来，许多研宄所和高等院校采用GPS为传感器，进行姿态测量，使GPS不仅具有定位功能，而且扮演着姿态测量的角色。
[0003]采用GPS测量姿态常用的有两种方法，一类是采用单GPS天线，通过GPS测量速度值估算加速度信息，进而得到姿态角，此方法具有成本低、体积小、重量轻、结构简单等优点，但因GPS数据更新率低，难以满足高动态和实时性的应用，且精度难以保证；另一类是采用多GPS天线，通过己知各天线之间相对基线，解算载波相位差，得到各天线之间的相对位置解，进而得到载体的姿态角，此方法具有实时性差、安装难度大等缺点。
[0004]目前，市场上许多单天线GPS/INS组合导航产品，可满足实时性和高动态的应用，但当载体处于静态、小机动或直线运动时，方位角观测弱，随时间漂移，误差逐渐累积，除非用高精度光纤或激光陀螺仪，但价格昂贵，较难满足普通市场需求。
[0005]因此，本实用新型采用双天线GNSS/INS组合导航技术，用双天线GNSS载波相位信号确定二维姿态，再和惯性导航元件组合，可有效解决单天线GNSS/INS组合导航系统静态或小机动时方位观测弱的问题，同时满足高动态、实时性应用环境的要求，且体积小、成本适中。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的是，利用现有的GPS/INS组合导航系统技术，提供了一种中高精度的双天线GNSS/INS组合导航系统。
[0007]本实用新型的技术方案是:
[0008]一种双天线GNSS/INS组合导航系统，包括双天线测向模块，惯性测量单元IMU模块，数据解算和处理单元模块、显示单元模块及电源模块，所述双天线测向模块用于实时测量载体的航向角，所述惯性测量单元IMU模块用于实时测量载体的三轴角速度和加速度信息，所述数据解算和处理单元模块用于接口的通讯控制、INS解算和组合导航计算，通过导航积分计算和卡尔曼滤波器，获得载体位置、速度、姿态和航向数据，显示单元模块用于完成导航工作状态控制，用户命令控制输入、导航数据和系统工作状态输出等，所述电源模块用于提供整个系统的电源，其特征在于，采用DSP+FPGA为核心的数据处理和采集方案，接收双天线测向模块输出解算的位置、速度和航向信息和IMU模块输出的原始角速度、加速度测量值和温度值，实现接口的通讯控制、INS解算和组合导航计算。
[0009]所述双天线测向模块由RF射频信号处理、基带信号处理和双天线导航解算构成，所述RF射频信号处理，用于射频信号下变频，所述基带信号处理用于载波跟踪和码跟踪并输出二进制导航电文及载波相位原始数据，所述双天线导航解算利用两天线测量的GNSS载波相位信号的相位差实时确定运动载体坐标系相对于导航坐标系的角位置，以确定载体的方位角和俯仰角，以RS232串口输出20Hz时间、位置和航向信息。
[0010]所述惯性测量单元IMU模块由3个陀螺仪、3个加速度计、温度传感器和数据采集构成，所述的3个陀螺仪用于实时测量载体三个方向的角速度信息；3个加速度计用于实时测量载体三个方向的线加速度信息；温度传感器用于实时测量MU模块内部温度，对陀螺和加速度计进行温度补偿，消除器件的温漂；数据采集用于实时采集3个陀螺仪、3个加速度计和温度传感器输出的模拟信号转换成数字信号，以RS232或RS422串口输出三个方向100Hz/200Hz角速度和加速度测量值。
[0011]所述陀螺仪可为MEMS或光纤陀螺仪。
[0012]所述加速度计可为硅微或石英加速度计。
[0013]所述数据采集为工业级24位同步数模转换器。
[0014]所述数据解算和处理单元模块包括FGPA和DSP，所述FPGA用于实现多个接口的通讯控制，接收双天线测向模块输出解算的位置、速度和航向信息和MU模块输出的原始角速度、加速度测量值和温度值，在FPGA中完成串行到并行数据的转换后，利用中断方式送给DSP ;同时接收显示单元模块的控制指令等存储至FIFO中，所述DSP用于从并行总线上获取相应数据，进行INS导航和组合导航解算，将导航解算结果经FPGA完成并行到串行数据的转换后，发送给显示单元模块。
[0015]所述DSP为TI公司生产的32位高速浮点型TMS320C6747处理器。
[0016]所述FPGA为ALTERA公司生产的高性价比EP4CE15。
[0017]进一步，还包括显示单元模块，该模块用于完成导航工作状态控制，用户命令控制输入，导航数据和系统工作状态输出等，完成与用户的人机交互。
[0018]进一步，还包括电源模块，用于给整个系统供电。
[0019]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0020]1、本实用新型的双天线GNSS/INS组合导航系统将双天线测向技术与传统的惯性导航系统INS结合，利用双天线测向与时间、静动态环境的不相关性，和INS短时精度高、可提供载体高速率实时姿态和导航参数的特点，利用现代估计技术和卡尔曼滤波器，解决了惯性导航系统的定位导航误差随时间延续不断增大的技术问题，解决了许多单天线GPS/INS组合导航产品在静态、小机动或直线运动时，方位角随时间漂移，误差逐渐累积的技术问题，也解决了多GPS天线数据更新率低、实时性差、安装难度大等技术问题。
[0021]2、本实用新型的双天线GNSS/INS组合导航系统采用DSP+FPGA的数据处理和采集方案，具有外设接口丰富、运算处理能力强、运算速度快等优点，可满足组合导航系统实时性要求，为系统的姿态解算和导航算法提供良好的硬件平台。
[0022]3、双天线GNSS/INS组合导航系统使用低成本、低精度的硬件，组合成中等精度的测量系统，在军工、民用领域均能广泛推广使用。
[0023]4、双天线GNSS/INS组合导航系统能接收GPS系统、Glonass系统和BD系统信号，提高系统定位精度，增强系统的抗干扰能力和可靠性；
[0024]5、双天线GNSS/INS组合导航系统支持单GPS、单BD系统工作，满足军工领域使用要求；
[0025]6、双天线GNSS/INS组合导航系统可接收差分改正数据，以获得更高精度定位信息。
【附图说明】
[0026]图1是本实用新型的双天线GNSS/INS组合导航系统硬件组成模块示意图；
[0027]图2是本实用新型的双天线GNSS/INS组合导航系统软件组成及工作框图；
[0028]图3是本实用新型的双天线GNSS/INS组合导航系统工作流程图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细描述:
[0030]根据图1和图2所示，本实用新型包括双天线测向模块1、IMU模块2、数据解算和处理单元模块3、电源模块4和显示单元模块5。
[0031]双天线测向模块I包括:射频处理11、基带处理12、双天线导航解算13和两个GNSS天线。所述