專利名稱：組合導(dǎo)航裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種組合導(dǎo)航裝置。
背景技術(shù)：
隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)有技術(shù)的導(dǎo)航設(shè)備已無法滿足用戶的需求?，F(xiàn)有的組合導(dǎo)航有將INS系統(tǒng)(Inertial Navigation System，慣性導(dǎo)航系統(tǒng))與GPS接收機(jī)組合，或?qū)NS與汽車?yán)锍逃嫿M合，或?qū)NS與磁強(qiáng)計組合等方式。這些方法主要思想都是利用GPS、里程計、磁強(qiáng)計等傳感器的觀測信息對INS測量信息進(jìn)行輔助，減少其長期漂移誤差對導(dǎo)航結(jié)果精度的影響。這些方式中由于里程計、磁強(qiáng)計等依賴載體具體情況且無法做成嵌入式一體化設(shè)計而逐漸退出，GPS/INS組合方式因其易于集成而成為研究熱點(diǎn)?，F(xiàn)有組合導(dǎo)航裝置多采用分散傳感器方式，即各傳感器未集成在同一裝置內(nèi)部，或者集成之后仍有體積大、重量重、成本高等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述的技術(shù)缺陷之一。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種組合導(dǎo)航裝置。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提出一種組合導(dǎo)航裝置，其中，所述組合導(dǎo)航裝置設(shè)置在載體上，其特征在于，包括:導(dǎo)航模塊，用于獲得GPS觀測信息，所述導(dǎo)航模塊包括GPS芯片；測量模塊，用于測量所述載體的慣性導(dǎo)航信息；計算模塊，用于將所述GPS觀測信息和所述慣性導(dǎo)航信息進(jìn)行處理得到所述載體的狀態(tài)信息，所述狀態(tài)信息包括載體的速度、位置和姿態(tài)信息；以及電源模塊，用于為所述導(dǎo)航模塊、測量模塊和計算模塊供電，其中，所述計算模塊設(shè)置在所述·測量模塊上方，所述導(dǎo)航模塊設(shè)置在所述測量模塊上方，所述電源模塊設(shè)置在所述導(dǎo)航模塊的上方。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，還包括:監(jiān)測模塊，用于接收來自所述計算模塊的狀態(tài)信息，以根據(jù)所述狀態(tài)信息對所述載體的導(dǎo)航狀況進(jìn)行監(jiān)測；以及組裝件，所述組裝件用于將所述組合導(dǎo)航裝置安裝于所述載體上。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述計算模塊具體包括:解算單元，用于對所述慣性導(dǎo)航信息進(jìn)行慣性解算；構(gòu)成單元，用于通過所述GPS觀測信息構(gòu)成卡爾曼濾波器；以及修正單元，用于通過所述卡爾曼濾波器對所述慣性解算結(jié)果進(jìn)行修正得到導(dǎo)航結(jié)果，其中，所述導(dǎo)航結(jié)果包括所述載體的狀態(tài)信息，所述狀態(tài)信息包括載體的速度、位置和姿態(tài)信息。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述狀態(tài)信息包括載體的速度、位置和姿態(tài)信息。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述電源模塊、導(dǎo)航模塊和計算模塊的外形尺寸與所述測量模塊的平面尺寸相同。 在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述電源模塊、導(dǎo)航模塊和計算模塊均具有i/o接口，以分別通過各自的I/o接口進(jìn)行相互通訊，且所述導(dǎo)航模塊還包括天線。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述電源模塊與所述導(dǎo)航模塊可拆卸地連接，所述導(dǎo)航模塊和所述計算模塊可拆卸地連接。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，所述電源模塊用于向所述導(dǎo)航模塊、測量模塊和計算模塊提供直流電壓。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的裝置，通過GPS觀測信息和慣性導(dǎo)航信息進(jìn)行融合、計算已獲得載體的狀態(tài)信息，同時還減小了體積、重量和功耗，降低了成本。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的組合導(dǎo)航裝置的框架圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的組合導(dǎo)航裝置的框架圖；圖3為根據(jù) 本發(fā)明一個實(shí)施例的組合導(dǎo)航裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖4為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的導(dǎo)航模塊100的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的組合導(dǎo)航裝置的框架圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的組合導(dǎo)航裝置包括導(dǎo)航模塊100、測量模塊200、計算模塊300和電源模塊400。導(dǎo)航模塊100用于獲得GPS觀測信息，導(dǎo)航模塊包括GPS芯片。其中，GPS芯片采用LEA_6T型號芯片，既可提供衛(wèi)星導(dǎo)航的位置、速度信息也可提供每顆衛(wèi)星與載體天線間距離、多普勒頻率等信息，這些信息均以標(biāo)準(zhǔn)232串口形式向外發(fā)送。GPS芯片外圍電路實(shí)現(xiàn)射頻信號引入及芯片供電等功能。測量模塊200用于測量載體的慣性導(dǎo)航信息。其中，慣性導(dǎo)航信息包括載體的加速度、角速度、速度、姿態(tài)和裝置位置等。具體地，測量模塊基于三軸MEMS加速度計和三軸MEMS陀螺，加速度計零偏穩(wěn)定性為4mg，陀螺零偏穩(wěn)定性為40° /h。加速度計和陀螺分別測量載體三軸加速度和角加速度，通過積分算法得出載體的姿態(tài)、航向、速度和位置等信息，同時加入溫度補(bǔ)償?shù)人惴ūＷC測量模塊在全溫范圍內(nèi)測量準(zhǔn)確性。計算模塊300用于將GPS觀測信息和慣性導(dǎo)航信息進(jìn)行處理得到載體的狀態(tài)信息，狀態(tài)信息包括載體的速度、位置和姿態(tài)信息。具體地，將GPS觀測信息和慣性導(dǎo)航信息融合，利用初始對準(zhǔn)和組合導(dǎo)航算法實(shí)時計算出當(dāng)前載體的速度位置姿態(tài)等信息。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，計算模塊300具體包括:解算單元310、構(gòu)成單元320和修正單元330。解算單元310用于對慣性導(dǎo)航信息進(jìn)行慣性解算。
構(gòu)成單元320用于通過GPS觀測信息構(gòu)成卡爾曼濾波器。修正單元330用于通過卡爾曼濾波器對慣性解算結(jié)果進(jìn)行修正得到導(dǎo)航結(jié)果，其中，導(dǎo)航結(jié)果包括載體的狀態(tài)信息，狀態(tài)信息包括載體的速度、位置和姿態(tài)信息。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，構(gòu)成單元320通過由GPS觀測信息所構(gòu)成的誤差模型構(gòu)成卡爾曼濾波器，并結(jié)合由解算單元310所得到的解算結(jié)果濾波、修正處理以得到準(zhǔn)確的導(dǎo)航結(jié)果。電源模塊400用于為導(dǎo)航模塊、測量模塊和計算模塊供電。其供電電壓為+28V的直流電壓在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，計算模塊300設(shè)置在測量模塊200上方，導(dǎo)航模塊100設(shè)置在測量模塊200上方，電源模塊400設(shè)置在導(dǎo)航模塊100的上方。圖2為根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的組合導(dǎo)航裝置的框架圖。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的組合導(dǎo)航裝置還包括監(jiān)測模塊500和組裝件600。具體地，監(jiān)測模塊500用于接收來自計算模塊的狀態(tài)信息，以根據(jù)狀態(tài)信息對載體的導(dǎo)航狀況進(jìn)行監(jiān)測。具體地，監(jiān)測模塊500為可進(jìn)行人機(jī)交互界面的上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對組合導(dǎo)航裝置的控制。通過監(jiān)測模塊500可向組合導(dǎo)航裝置發(fā)送控制命令，可人為給出不同的初始航向姿態(tài)信息，可實(shí)時觀察組合導(dǎo)航裝置各信息量輸出并將導(dǎo)航結(jié)果進(jìn)行保存。組裝件600組裝件用于將組合導(dǎo)航裝置安裝于載體上。具體地，組裝件600將組合導(dǎo)航裝置各模塊采用層疊方式安裝在一起，彼此之間通過棧接插座實(shí)現(xiàn)電氣連接，通過小螺栓固定。組裝后裝置為圓柱形，可通過四周安裝孔直接安裝在載體上。圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的組合導(dǎo)航裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，計算模塊300設(shè)置在測量模塊200上方，導(dǎo)航模塊100設(shè)置在測量模塊200上方，電源模塊400設(shè)置在導(dǎo)航模塊100的上方。電源模塊400與導(dǎo)航模塊100可拆卸地連接，導(dǎo)航模塊100和計算模塊300可拆卸地連接。 導(dǎo)航模塊100、計算模塊300和電源模塊400均通過接插件05和螺釘06插接在一起，并且電源模塊4 00、導(dǎo)航模塊100和計算模塊300的外形尺寸與測量模塊200的平面尺寸相同，因此可以最大程度壓縮整個裝置的體積。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，測量模塊200為圓柱體，使得導(dǎo)航模塊100、計算模塊300和電源模塊400與測量模塊200所結(jié)合后的組合導(dǎo)航裝置成為圓柱體。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，電源模塊、導(dǎo)航模塊和計算模塊均具有I/O接口，以分別通過各自的I/o接口進(jìn)行相互通訊，且導(dǎo)航模塊還包括天線。圖4為根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的導(dǎo)航模塊100的示意圖。如圖4所示，導(dǎo)航模塊100選擇單獨(dú)的GPS芯片11，并設(shè)計外圍電路12，而不是使用GPS板卡，使得導(dǎo)航模塊100能夠適合測量模塊200的外形，進(jìn)而縮小組合導(dǎo)航裝置的體積。另外，導(dǎo)航模塊100將I/O接口 12以及GPS天線13設(shè)置在上方開口處，進(jìn)一步方便了安裝和調(diào)試。同樣地，計算模塊300和電源模塊400的I/O接口也設(shè)置在上方開口處。利用本發(fā)明實(shí)施的結(jié)構(gòu)，可使組合導(dǎo)航裝置的體積縮小到直徑80mm，高度80mm，重量在600g左右。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的裝置，通過GPS觀測信息和慣性導(dǎo)航信息進(jìn)行融合、計算已獲得載體的狀態(tài)信息，同時還減小了體積、重量和功耗，降低了成本。盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可 以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
權(quán)利要求
1.一種組合導(dǎo)航裝置，其中，所述組合導(dǎo)航裝置設(shè)置在載體上，其特征在于，包括: 導(dǎo)航模塊，用于獲得GPS觀測信息，所述導(dǎo)航模塊包括GPS芯片； 測量模塊，用于測量所述載體的慣性導(dǎo)航信息； 計算模塊，用于將所述GPS觀測信息和所述慣性導(dǎo)航信息進(jìn)行處理得到所述載體的狀態(tài)信息，所述狀態(tài)信息包括載體的速度、位置和姿態(tài)信息；以及 電源模塊，用于為所述導(dǎo)航模塊、測量模塊和計算模塊供電，其中，所述計算模塊設(shè)置在所述測量模塊上方，所述導(dǎo)航模塊設(shè)置在所述測量模塊上方，所述電源模塊設(shè)置在所述導(dǎo)航模塊的上方。
2.如權(quán)利要求1所述的組合導(dǎo)航裝置，其特征在于，還包括: 監(jiān)測模塊，用于接收來 自所述計算模塊的狀態(tài)信息，以根據(jù)所述狀態(tài)信息對所述載體的導(dǎo)航狀況進(jìn)行監(jiān)測；以及 組裝件，所述組裝件用于將所述組合導(dǎo)航裝置安裝于所述載體上。
3.如權(quán)利要求1所述的組合導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述計算模塊具體包括: 解算單元，用于對所述慣性導(dǎo)航信息進(jìn)行慣性解算； 構(gòu)成單元，用于通過所述GPS觀測信息構(gòu)成卡爾曼濾波器；以及修正單元，用于通過所述卡爾曼濾波器對所述慣性解算結(jié)果進(jìn)行修正得到導(dǎo)航結(jié)果，其中，所述導(dǎo)航結(jié)果包括所述載體的狀態(tài)信息，所述狀態(tài)信息包括載體的速度、位置和姿態(tài)信息。
4.如權(quán)利要求1或2所述的組合導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述狀態(tài)信息包括載體的速度、位置和姿態(tài)信息。
5.如權(quán)利要求1所述的組合導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述電源模塊、導(dǎo)航模塊和計算模塊的外形尺寸與所述測量模塊的平面尺寸相同。
6.如權(quán)利要求1所述的組合導(dǎo)航裝置，其正在在于，所述電源模塊、導(dǎo)航模塊和計算模塊均具有I/o接口，以分別通過各自的I/O接口進(jìn)行相互通訊，且所述導(dǎo)航模塊還包括天線。
7.如權(quán)利要求1所述的組合導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述電源模塊與所述導(dǎo)航模塊可拆卸地連接，所述導(dǎo)航模塊和所述計算模塊可拆卸地連接。
8.如權(quán)利要求1所述的組合導(dǎo)航裝置，其特征在于，所述電源模塊用于向所述導(dǎo)航模塊、測量模塊和計算模塊提供直流電壓。
全文摘要
本發(fā)明提出一種組合導(dǎo)航裝置，其中，組合導(dǎo)航裝置設(shè)置在載體上，其特征在于，包括導(dǎo)航模塊，用于獲得GPS觀測信息，導(dǎo)航模塊包括GPS芯片；測量模塊，用于測量載體的慣性導(dǎo)航信息；計算模塊，用于將GPS觀測信息和慣性導(dǎo)航信息進(jìn)行處理得到載體的狀態(tài)信息；以及電源模塊，用于為導(dǎo)航模塊、測量模塊和計算模塊供電，其中，計算模塊設(shè)置在測量模塊上方，導(dǎo)航模塊設(shè)置在測量模塊上方，電源模塊設(shè)置在導(dǎo)航模塊的上方。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的裝置，通過GPS觀測信息和慣性導(dǎo)航信息進(jìn)行融合、計算已獲得載體的狀態(tài)信息，同時還減小了體積、重量和功耗，降低了成本。
文檔編號G01S19/49GK103235329SQ20131014218
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者郭美鳳, 包超, 張嶸, 劉剛 申請人:清華大學(xué)