基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊，包括北斗射頻前端、AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器、龍芯導航計算機、慣性測量單元、三軸地磁傳感器和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊。所述龍芯導航計算機包括北斗信號捕獲模塊、相關(guān)器、數(shù)據(jù)融合模塊、誤差補償模塊和捷聯(lián)慣導解算模塊，所述北斗射頻前端經(jīng)AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器和北斗信號捕獲模塊連接，所述慣性測量單元中的三軸陀螺儀和三軸加速度計經(jīng)誤差補償模塊和捷聯(lián)慣導解算模塊連接，所述數(shù)據(jù)融合模塊分別和三軸地磁傳感器、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、捷聯(lián)慣導解算模塊、相關(guān)器、北斗信號捕獲模塊、誤差補償模塊連接。本實用新型采用捷聯(lián)慣導/北斗/地磁組合測量,提高設(shè)備國產(chǎn)化水平和導航定位精度。
【專利說明】
基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及北斗傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]位置和速度的精確測量可以廣泛用于軍事設(shè)備(如飛機、導彈、軍事衛(wèi)星)的飛行控制，具有重要的軍事意義。位置和速度的測量有很多不同的方式，如慣性導航系統(tǒng)和GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)都可以用于測量載體的位置和速度，使用單一的導航系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足高精度位置和速度測量的要求。
[0003]在慣性導航系統(tǒng)中，通過測量載體(汽車、導彈、飛機等)的加速度，可以推算出載體的瞬時速度和位置，以及測量載體的姿態(tài)。組成慣性導航系統(tǒng)的設(shè)備都安裝在載體內(nèi)，工作時不依賴外界信息，也不向外界輻射能力，不易受到干擾，是一種自主式導航系統(tǒng)。捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)將慣性測量裝置直接安裝在載體上，省去了復雜的框架平臺系統(tǒng)，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、成本低、平均故障率低、維護方便的優(yōu)點，然而捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)中的陀螺儀和加速度計直接安裝在載體上，容易受載體振動、沖擊和角運動的影響，使捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)儀表產(chǎn)生附加動態(tài)誤差，另一方面陀螺儀的零偏或零偏移會隨時間漂移，長時間容易造成累積誤差。
[0004]GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)具有導航定位精度不隨時間的推移而改變的優(yōu)點，缺點是GPS電磁波信號容易受到建筑物、樹葉等自然障礙物的遮擋而中斷或消弱，還容易受到各種電磁波干擾和阻塞，導致定位精度降低甚至不能定位，且GPS由美國研制，容易導致在技術(shù)上受制于人，安全性不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述的技術(shù)問題，本實用新型提出了基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊。
[0006]本實用新型所述的基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊，包括北斗射頻前端、AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器、龍芯導航計算機、慣性測量單元、三軸地磁傳感器和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊。所述龍芯導航計算機包括北斗信號捕獲模塊、相關(guān)器、數(shù)據(jù)融合模塊、誤差補償模塊和捷聯(lián)慣導解算模塊，所述慣性測量單元包括三軸陀螺儀和三軸加速度計，所述北斗射頻前端經(jīng)AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器和北斗信號捕獲模塊連接，所述慣性測量單元中的三軸陀螺儀和三軸加速度計經(jīng)誤差補償模塊和捷聯(lián)慣導解算模塊連接，所述數(shù)據(jù)融合模塊分別和三軸地磁傳感器、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、捷聯(lián)慣導解算模塊、相關(guān)器、北斗信號捕獲模塊、誤差補償模塊連接。
[0007]本實用新型所述的基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊，所述北斗射頻前端將射頻北斗信號轉(zhuǎn)換為模擬中頻北斗信號，通過AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻北斗信號后，輸入給北斗信號捕獲模塊進行快速捕獲。
[0008]本實用新型所述的基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊，所述北斗信號捕獲模塊將捕獲的多普勒頻率和偽碼相位輸入給相關(guān)器后得到精確的多普勒頻率和偽碼相位。
[0009]本實用新型所述的基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊，所述三軸陀螺儀和三軸加速度計將測量的角速率和加速度輸入給誤差補償模塊進行誤差補償，然后輸入給捷聯(lián)慣導解算模塊計算得到位置、速度和姿態(tài)方位信息。
[0010]本實用新型所述的基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊，所述三軸地磁傳感器測量地球的磁場，進而解算出航向信息。
[0011]本實用新型所述的基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊，所述數(shù)據(jù)融合模塊對相關(guān)器輸出的多普勒頻率和偽碼相位，捷聯(lián)慣導解算模塊輸出的位置、速度和姿態(tài)方位信息以及三軸地磁傳感器測量出的航向信息進行融合后，指導誤差補償模塊進行加速度計和陀螺儀測量誤差補償以及北斗信號捕獲模塊進行北斗信號快速捕獲。
[0012]本實用新型所述的基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊，所述龍芯導航計算機中的數(shù)據(jù)融合模塊通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進行測量的位置和速度導航數(shù)據(jù)的無線傳輸。
[0013]工作原理:基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊通過融合北斗導航系統(tǒng)、慣性導航系統(tǒng)和地磁導航系統(tǒng)的導航信息得到載體的位置、速度和姿態(tài)航向信息。其中，北斗射頻前端將射頻北斗信號轉(zhuǎn)換為模擬中頻北斗信號，通過AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻北斗信號后，輸入給北斗信號捕獲模塊進行快速捕獲，得到多普勒頻率和偽碼相位信息后，輸入給龍芯導航計算機的相關(guān)器后得到精確的多普勒頻率和偽碼相位。三軸陀螺儀和三軸加速度計將測量的角速率和加速度輸入給誤差補償模塊進行誤差補償，然后輸入給捷聯(lián)慣導解算模塊計算得到位置、速度和姿態(tài)方位信息。三軸地磁傳感器測量地球的磁場，進而解算出航向信息。數(shù)據(jù)融合模塊對相關(guān)器輸出的多普勒頻率和偽碼相位，捷聯(lián)慣導解算模塊輸出的位置、速度和姿態(tài)方位信息以及三軸地磁傳感器測量出的航向信息進行融合后，指導誤差補償模塊進行加速度計和陀螺儀測量誤差補償以及北斗信號捕獲模塊進行北斗信號快速捕獲。龍芯導航計算機中的數(shù)據(jù)融合模塊通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進行測量的位置和速度導航數(shù)據(jù)的無線傳輸。
[0014]本實用新型所述的基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊，結(jié)合捷聯(lián)慣性導航、北斗導航和地磁導航系統(tǒng)各自的優(yōu)點，對捷聯(lián)慣性導航、北斗導航和地磁導航系統(tǒng)三種導航設(shè)備輸出的導航信息進行深度信息融合，提高了設(shè)備導航的精度，采用北斗系統(tǒng)和龍芯導航計算機，增強了設(shè)備的國產(chǎn)化水平，具有重要的軍事戰(zhàn)略意義。
【附圖說明】
[0015]圖1基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊結(jié)構(gòu)框圖1:1為北斗射頻前端HZG102、2為ADS820模數(shù)轉(zhuǎn)換器、3為龍芯3B導航計算機、4為慣性測量單元、5為三軸地磁傳感器MC5883、6為無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，其中，301為北斗信號捕獲模塊、302為相關(guān)器、303為數(shù)據(jù)融合模塊、304為誤差補償模塊、305為捷聯(lián)慣導解算模塊、401為三軸陀螺儀ADXS300、402為三軸加速度計LIS331DL。
[0016]圖2基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊結(jié)構(gòu)框圖2:1為北斗射頻前端1^221、2為407656模數(shù)轉(zhuǎn)換器、3為龍芯3々導航計算機、4為慣性測量單元、5為三軸地磁傳感器AK8975、6為無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，其中，301為北斗信號捕獲模塊、302為相關(guān)器、303為數(shù)據(jù)融合模塊、304為誤差補償模塊、305為捷聯(lián)慣導解算模塊、401為三軸陀螺儀L3G4200D、402為三軸加速度計MMA8451。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合具體的實施例對本實用新型所述的基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊結(jié)構(gòu)框圖做進一步說明，但是本實用新型的保護范圍并不限于此。
[0018]實施例1
[0019]如圖1所示，本實用新型所述的基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊，包括北斗射頻前端HZG102、ADS820模數(shù)轉(zhuǎn)換器、龍芯3B導航計算機、慣性測量單元、三軸地磁傳感器MC5883和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊。所述龍芯3B導航計算機包括北斗信號捕獲模塊、相關(guān)器、數(shù)據(jù)融合模塊、誤差補償模塊和捷聯(lián)慣導解算模塊，所述慣性測量單元包括三軸陀螺儀ADXS300和三軸加速度計LIS331DL，所述北斗射頻前端HZG102經(jīng)ADS820模數(shù)轉(zhuǎn)換器和北斗信號捕獲模塊連接，所述慣性測量單元中的三軸陀螺儀ADXS300和三軸加速度計LIS331DL經(jīng)誤差補償模塊和捷聯(lián)慣導解算模塊連接，所述數(shù)據(jù)融合模塊分別和三軸地磁傳感器MC5883、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、捷聯(lián)慣導解算模塊、相關(guān)器、北斗信號捕獲模塊、誤差補償模塊連接。
[0020]工作原理:基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊通過融合北斗導航系統(tǒng)、慣性導航系統(tǒng)和地磁導航系統(tǒng)的導航信息得到載體的位置、速度和姿態(tài)航向信息。其中，北斗射頻前端HZG102將射頻北斗信號轉(zhuǎn)換為模擬中頻北斗信號，通過ADS820模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻北斗信號后，輸入給北斗信號捕獲模塊進行快速捕獲，得到多普勒頻率和偽碼相位信息后，輸入給龍芯3B導航計算機的相關(guān)器后得到精確的多普勒頻率和偽碼相位。三軸陀螺儀ADXS300和三軸加速度計LIS331DL將測量的角速率和加速度輸入給誤差補償模塊進行誤差補償，然后輸入給捷聯(lián)慣導解算模塊計算得到位置、速度和姿態(tài)方位信息。三軸地磁傳感器MC5883測量地球的磁場，進而解算出航向信息。數(shù)據(jù)融合模塊對相關(guān)器輸出的多普勒頻率和偽碼相位，捷聯(lián)慣導解算模塊輸出的位置、速度和姿態(tài)方位信息以及三軸地磁傳感器MC5883測量出的航向信息進行融合后，指導誤差補償模塊進行加速度計和陀螺儀測量誤差補償以及北斗信號捕獲模塊進行北斗信號快速捕獲。龍芯3B導航計算機中的數(shù)據(jù)融合模塊通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進行測量的位置和速度導航數(shù)據(jù)的無線傳輸。
[0021]本實用新型所述的基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊，結(jié)合捷聯(lián)慣性導航、北斗導航和地磁導航系統(tǒng)各自的優(yōu)點，對捷聯(lián)慣性導航、北斗導航和地磁導航系統(tǒng)三種導航設(shè)備輸出的導航信息進行深度信息融合，提高了設(shè)備導航的精度，采用北斗系統(tǒng)和龍芯導航計算機，增強了設(shè)備的國產(chǎn)化水平，具有重要的軍事戰(zhàn)略意義。
[0022]實施例2
[0023]如圖2所示，本實用新型所述的基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊，包括北斗射頻前端UC221、AD7656模數(shù)轉(zhuǎn)換器、龍芯3A導航計算機、慣性測量單元、三軸地磁傳感器AK8975和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊。所述龍芯3A導航計算機包括北斗信號捕獲模塊、相關(guān)器、數(shù)據(jù)融合模塊、誤差補償模塊和捷聯(lián)慣導解算模塊，所述慣性測量單元包括三軸陀螺儀L3G4200D和三軸加速度計MMA8451，所述北斗射頻前端UC221經(jīng)AD7656模數(shù)轉(zhuǎn)換器和北斗信號捕獲模塊連接，所述慣性測量單元中的三軸陀螺儀L3G4200D和三軸加速度計MMA8451經(jīng)誤差補償模塊和捷聯(lián)慣導解算模塊連接，所述數(shù)據(jù)融合模塊分別和三軸地磁傳感器AK8975、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、捷聯(lián)慣導解算模塊、相關(guān)器、北斗信號捕獲模塊、誤差補償模塊連接。
[0024]工作原理:基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊通過融合北斗導航系統(tǒng)、慣性導航系統(tǒng)和地磁導航系統(tǒng)的導航信息得到載體的位置、速度和姿態(tài)航向信息。其中，北斗射頻前端UC221將射頻北斗信號轉(zhuǎn)換為模擬中頻北斗信號，通過AD7656模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻北斗信號后，輸入給北斗信號捕獲模塊進行快速捕獲，得到多普勒頻率和偽碼相位信息后，輸入給龍芯3A導航計算機的相關(guān)器后得到精確的多普勒頻率和偽碼相位。三軸陀螺儀L3G4200D和三軸加速度計MMA8451將測量的角速率和加速度輸入給誤差補償模塊進行誤差補償，然后輸入給捷聯(lián)慣導解算模塊計算得到位置、速度和姿態(tài)方位信息。三軸地磁傳感器AK8975測量地球的磁場，進而解算出航向信息。數(shù)據(jù)融合模塊對相關(guān)器輸出的多普勒頻率和偽碼相位，捷聯(lián)慣導解算模塊輸出的位置、速度和姿態(tài)方位信息以及三軸地磁傳感器AK8975測量出的航向信息進行融合后，指導誤差補償模塊進行加速度計和陀螺儀測量誤差補償以及北斗信號捕獲模塊進行北斗信號快速捕獲。龍芯3A導航計算機中的數(shù)據(jù)融合模塊通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進行測量的位置和速度導航數(shù)據(jù)的無線傳輸。
[0025]本實用新型所述的基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊，結(jié)合捷聯(lián)慣性導航、北斗導航和地磁導航系統(tǒng)各自的優(yōu)點，對捷聯(lián)慣性導航、北斗導航和地磁導航系統(tǒng)三種導航設(shè)備輸出的導航信息進行深度信息融合，提高了設(shè)備導航的精度，采用北斗系統(tǒng)和龍芯導航計算機，增強了設(shè)備的國產(chǎn)化水平，具有重要的軍事戰(zhàn)略意義。
【主權(quán)項】
1.基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊，包括北斗射頻前端、AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器、龍芯導航計算機、慣性測量單元、三軸地磁傳感器和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊;所述龍芯導航計算機包括北斗信號捕獲模塊、相關(guān)器、數(shù)據(jù)融合模塊、誤差補償模塊和捷聯(lián)慣導解算模塊，所述慣性測量單元包括三軸陀螺儀和三軸加速度計，所述北斗射頻前端經(jīng)AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器和北斗信號捕獲模塊連接，所述慣性測量單元中的三軸陀螺儀和三軸加速度計經(jīng)誤差補償模塊和捷聯(lián)慣導解算模塊連接，所述數(shù)據(jù)融合模塊分別和三軸地磁傳感器、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、捷聯(lián)慣導解算模塊、相關(guān)器、北斗信號捕獲模塊、誤差補償模塊連接。2.按照權(quán)利要求1所述的基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊，其特征在于:所述北斗射頻前端將射頻北斗信號轉(zhuǎn)換為模擬中頻北斗信號，通過AD模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻北斗信號后，輸入給北斗信號捕獲模塊進行快速捕獲。3.按照權(quán)利要求1所述的基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊，其特征在于:所述北斗信號捕獲模塊將捕獲的多普勒頻率和偽碼相位輸入給相關(guān)器后得到精確的多普勒頻率和偽碼相位。4.按照權(quán)利要求1所述的基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊，其特征在于:所述三軸陀螺儀和三軸加速度計將測量的角速率和加速度輸入給誤差補償模塊進行誤差補償，然后輸入給捷聯(lián)慣導解算模塊計算得到位置、速度和姿態(tài)方位信息。5.按照權(quán)利要求1所述的基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊，其特征在于:所述三軸地磁傳感器測量地球的磁場，進而解算出航向信息。6.按照權(quán)利要求1所述的基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊，其特征在于:所述數(shù)據(jù)融合模塊對相關(guān)器輸出的多普勒頻率和偽碼相位，捷聯(lián)慣導解算模塊輸出的位置、速度和姿態(tài)方位信息以及三軸地磁傳感器測量出的航向信息進行融合后，指導誤差補償模塊進行加速度計和陀螺儀測量誤差補償以及北斗信號捕獲模塊進行北斗信號快速捕獲。7.按照權(quán)利要求1所述的基于捷聯(lián)慣性組合導航元件和多參數(shù)運動傳感器的龍芯北斗集成模塊，其特征在于:所述龍芯導航計算機中的數(shù)據(jù)融合模塊通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進行測量的位置和速度導航數(shù)據(jù)的無線傳輸。
【文檔編號】G01C21/16GK205482971SQ201620293984
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月11日
【發(fā)明人】馬凌志, 李永, 呼愛紅
【申請人】中興長天信息技術(shù)(北京)有限公司