的射频处理11用于射频信号下变频；基带处理12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；双天线导航解算13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，最终提供位置、速度和方位角信息给数据解算和处理单元模块3，进行组合导航解算，限制和补偿惯性导航的误差和漂移。
[0032]IMU模块2包括:3个陀螺仪21、3个加速度计22、温度传感器23和数据采集24。所述的3个陀螺仪21用于实时测量载体三个方向的角速度信息；3个加速度计22用于实时测量载体三个方向的线加速度信息；温度传感器23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24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，经24位工业级同步数模转换器转换成数字信号，通过RS232或RS422接口输出给数据解算和处理单元模块3，用于实时数据处理和解算。
[0033]数据解算和处理单元模块3包括FGPA 31和DSP 32。所述FPGA主要功能是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IMU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；DSP的主要功能是进行INS导航解算和组合导航解算，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5。
[0034]电源模块4用于给双天线测向模块IUMU模块2和数据解算处理单元模块3提供稳定、可靠的工作电源，将输入的9?30V/DC宽压，经DC-DC电压转换电路，输出为稳定的5VDC, 12VDC和土 15VDC，具有过压、过流、反极性保护功能。
[0035]显示单元模块5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。
[0036]根据图2和图3所示，整个系统的工作过程如下:系统上电后，进行系统的初始化工作，包括系统各硬件的初始化工作和相关参数配置等，如数模转换器的初始化、串行口通讯的参数设置、DSP内部寄存器设置等；初始化完成且一切正常后，判断双天线测量模块I输出的IPPS秒脉冲信号是否输出且有效，当接收到IPPS秒脉冲信号的上升沿时，触发DSP外部中断服务程序，并重新启动计数器开始计数。在外部中断程序的触发下，开始检测并采集MU模块2输出的经陀螺仪和加速度计敏感的3个方向角速度信息和3个方向加速度信息，经过数据解算和处理单元3中FPGA 31进行串行数据转并行数据后，送入DSP 32进行一系列惯性导航积分计算，即INS解算，得到载体的位置、速度和姿态；然后，检测并判断双天线测向模块I输出的位置、速度和航向信息的有效性，当信息有效可用时，将INS解算得到的位置、速度和航向信息与双天线测向模块I得到的位置、速度和航向信息分别求差，得到7个偏差值作为组合导航滤波器的7个观测量，引入3个位置误差、3个速度误差、3个姿态误差、3个加速度零偏和3个陀螺零漂共15个状态量，建立系统的状态方程和观测方程，利用卡尔曼滤波器对状态导航系统的误差进行最优估计，并利用估计值对惯导系统进行校正，得到高精度组合导航解算结果，最后经显示单元模块5将结果输出给用户或或其他设备，用户也可以输入一些控制指令，如双天线测向模块I工作系统切换、数据输出波特率更改、数据输出速率更改等。另外，在IPPS秒脉冲不可用或双天线测向模块I输出的位置、速度、航向信息不可用时，系统按照惯性导航流程进行解算和输出。
[0037]以上通过详细实施例描述了本实用新型所提供的双天线GNSS/INS组合导航系统，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明创造实质的范围内，可以对本实用新型做一定的变形或修改。
【主权项】
1.一种双天线GNSS/INS组合导航系统，包括双天线测向模块、IMU模块和数据解算和处理单元模块，所述双天线测向模块用于输出双天线GNSS测量的位置、速度和航向信息，所述IMU模块用于输出3个陀螺仪、3个加速度计的测量数据和温度测量值，所述数据解算和处理单元模块采用DSP+FPGA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。
2.如权利要求1所述的双天线GNSS/INS组合导航系统，其特征在于，所述双天线测量模块包括射频信号处理、基带信号处理和双天线导航解算，通过外接两天线跟踪测量的GNSS载波相位信号的相位差确定载体的航向角和俯仰角，以RS232串口输出20Hz时间、位置和航向信息。
3.如权利要求1所述的双天线GNSS/INS组合导航系统，其特征在于，所述IMU模块包括三个正交安装的陀螺仪、三个正交安装的加速度计、温度传感器和数据采集电路，所述陀螺仪，用于提供三个方向角速度测量值，所述加速度计用于提供三个方向加速度测量值，所述温度传感器用于测量系统内部温度，所述数据采集电路用于实时采集陀螺仪、加速度计和温度传感器数据。
4.如权利要求2所述的双天线GNSS/INS组合导航系统，其特征在于，所述双天线测向模块为GPS系统、Glonass系统和BD系统多系统测向模块。
5.如权利要求3所述的双天线GNSS/INS组合导航系统，其特征在于，所述陀螺仪为MEMS或光纤陀螺仪。
6.如权利要求3所述的双天线GNSS/INS组合导航系统，其特征在于，所述加速度计为硅微或石英加速度计。
7.如权利要求3所述的双天线GNSS/INS组合导航系统，其特征在于，所述数据采集包含一工业级24位同步数模转换器，用于实时采集陀螺仪、加速度计和温度传感器数据。
8.如权利要求1所述的双天线GNSS/INS组合导航系统，其特征在于，还包括电源模块，用于给整个系统供电。
9.如权利要求1或7所述的双天线GNSS/INS组合导航系统，其特征在于，所述DSP为TI公司生产的32位高速浮点型TMS320C6747处理器。
10.如权利要求1或7所述的双天线GNSS/INS组合导航系统，其特征在于，所述FPGA为ALTERA公司生产的高性价比EP4CE15。
【专利摘要】本实用新型公开了一种双天线GNSS/INS组合导航系统，该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，双天线测向模块用于实时测量载体的航向角，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，数据解算和处理单元模块采用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，为系统的姿态解算和导航算法提供良好的硬件平台。本实用新型解决了单天线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。
【IPC分类】G01S19-47, G01C21-00
【公开号】CN204347258
【申请号】CN201420464477
【发明人】揭建英
【申请人】北京七维航测科技股份有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年8月18日