基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块，包括北斗射频前端、AD模数转换器、龙芯导航计算机、惯性测量单元、三轴地磁传感器和无线数据传输模块。所述龙芯导航计算机包括北斗信号捕获模块、相关器、数据融合模块、误差补偿模块和捷联惯导解算模块，所述北斗射频前端经AD模数转换器和北斗信号捕获模块连接，所述惯性测量单元中的三轴陀螺仪和三轴加速度计经误差补偿模块和捷联惯导解算模块连接，所述数据融合模块分别和三轴地磁传感器、无线数据传输模块、捷联惯导解算模块、相关器、北斗信号捕获模块、误差补偿模块连接。本实用新型采用捷联惯导/北斗/地磁组合测量,提高设备国产化水平和导航定位精度。
【专利说明】
基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块
技术领域
[0001]本实用新型涉及北斗传感器技术领域，尤其涉及基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块。
【背景技术】
[0002]位置和速度的精确测量可以广泛用于军事设备(如飞机、导弹、军事卫星)的飞行控制，具有重要的军事意义。位置和速度的测量有很多不同的方式，如惯性导航系统和GPS卫星导航系统都可以用于测量载体的位置和速度，使用单一的导航系统已经不能满足高精度位置和速度测量的要求。
[0003]在惯性导航系统中，通过测量载体(汽车、导弹、飞机等)的加速度，可以推算出载体的瞬时速度和位置，以及测量载体的姿态。组成惯性导航系统的设备都安装在载体内，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能力，不易受到干扰，是一种自主式导航系统。捷联惯性导航系统将惯性测量装置直接安装在载体上，省去了复杂的框架平台系统，具有体积小、结构简单、质量小、成本低、平均故障率低、维护方便的优点，然而捷联惯性导航系统中的陀螺仪和加速度计直接安装在载体上，容易受载体振动、冲击和角运动的影响，使捷联惯性导航系统仪表产生附加动态误差，另一方面陀螺仪的零偏或零偏移会随时间漂移，长时间容易造成累积误差。
[0004]GPS卫星导航系统具有导航定位精度不随时间的推移而改变的优点，缺点是GPS电磁波信号容易受到建筑物、树叶等自然障碍物的遮挡而中断或消弱，还容易受到各种电磁波干扰和阻塞，导致定位精度降低甚至不能定位，且GPS由美国研制，容易导致在技术上受制于人，安全性不高。
【发明内容】
[0005]为解决上述的技术问题，本实用新型提出了基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块。
[0006]本实用新型所述的基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块，包括北斗射频前端、AD模数转换器、龙芯导航计算机、惯性测量单元、三轴地磁传感器和无线数据传输模块。所述龙芯导航计算机包括北斗信号捕获模块、相关器、数据融合模块、误差补偿模块和捷联惯导解算模块，所述惯性测量单元包括三轴陀螺仪和三轴加速度计，所述北斗射频前端经AD模数转换器和北斗信号捕获模块连接，所述惯性测量单元中的三轴陀螺仪和三轴加速度计经误差补偿模块和捷联惯导解算模块连接，所述数据融合模块分别和三轴地磁传感器、无线数据传输模块、捷联惯导解算模块、相关器、北斗信号捕获模块、误差补偿模块连接。
[0007]本实用新型所述的基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块，所述北斗射频前端将射频北斗信号转换为模拟中频北斗信号，通过AD模数转换器转换为数字中频北斗信号后，输入给北斗信号捕获模块进行快速捕获。
[0008]本实用新型所述的基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块，所述北斗信号捕获模块将捕获的多普勒频率和伪码相位输入给相关器后得到精确的多普勒频率和伪码相位。
[0009]本实用新型所述的基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块，所述三轴陀螺仪和三轴加速度计将测量的角速率和加速度输入给误差补偿模块进行误差补偿，然后输入给捷联惯导解算模块计算得到位置、速度和姿态方位信息。
[0010]本实用新型所述的基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块，所述三轴地磁传感器测量地球的磁场，进而解算出航向信息。
[0011]本实用新型所述的基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块，所述数据融合模块对相关器输出的多普勒频率和伪码相位，捷联惯导解算模块输出的位置、速度和姿态方位信息以及三轴地磁传感器测量出的航向信息进行融合后，指导误差补偿模块进行加速度计和陀螺仪测量误差补偿以及北斗信号捕获模块进行北斗信号快速捕获。
[0012]本实用新型所述的基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块，所述龙芯导航计算机中的数据融合模块通过无线数据传输模块进行测量的位置和速度导航数据的无线传输。
[0013]工作原理:基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块通过融合北斗导航系统、惯性导航系统和地磁导航系统的导航信息得到载体的位置、速度和姿态航向信息。其中，北斗射频前端将射频北斗信号转换为模拟中频北斗信号，通过AD模数转换器转换为数字中频北斗信号后，输入给北斗信号捕获模块进行快速捕获，得到多普勒频率和伪码相位信息后，输入给龙芯导航计算机的相关器后得到精确的多普勒频率和伪码相位。三轴陀螺仪和三轴加速度计将测量的角速率和加速度输入给误差补偿模块进行误差补偿，然后输入给捷联惯导解算模块计算得到位置、速度和姿态方位信息。三轴地磁传感器测量地球的磁场，进而解算出航向信息。数据融合模块对相关器输出的多普勒频率和伪码相位，捷联惯导解算模块输出的位置、速度和姿态方位信息以及三轴地磁传感器测量出的航向信息进行融合后，指导误差补偿模块进行加速度计和陀螺仪测量误差补偿以及北斗信号捕获模块进行北斗信号快速捕获。龙芯导航计算机中的数据融合模块通过无线数据传输模块进行测量的位置和速度导航数据的无线传输。
[0014]本实用新型所述的基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块，结合捷联惯性导航、北斗导航和地磁导航系统各自的优点，对捷联惯性导航、北斗导航和地磁导航系统三种导航设备输出的导航信息进行深度信息融合，提高了设备导航的精度，采用北斗系统和龙芯导航计算机，增强了设备的国产化水平，具有重要的军事战略意义。
【附图说明】
[0015]图1基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块结构框图1:1为北斗射频前端HZG102、2为ADS820模数转换器、3为龙芯3B导航计算机、4为惯性测量单元、5为三轴地磁传感器MC5883、6为无线数据传输模块，其中，301为北斗信号捕获模块、302为相关器、303为数据融合模块、304为误差补偿模块、305为捷联惯导解算模块、401为三轴陀螺仪ADXS300、402为三轴加速度计LIS331DL。
[0016]图2基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块结构框图2:1为北斗射频前端1^221、2为407656模数转换器、3为龙芯3々导航计算机、4为惯性测量单元、5为三轴地磁传感器AK8975、6为无线数据传输模块，其中，301为北斗信号捕获模块、302为相关器、303为数据融合模块、304为误差补偿模块、305为捷联惯导解算模块、401为三轴陀螺仪L3G4200D、402为三轴加速度计MMA8451。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体的实施例对本实用新型所述的基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块结构框图做进一步说明，但是本实用新型的保护范围并不限于此。
[0018]实施例1
[0019]如图1所示，本实用新型所述的基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块，包括北斗射频前端HZG102、ADS820模数转换器、龙芯3B导航计算机、惯性测量单元、三轴地磁传感器MC5883和无线数据传输模块。所述龙芯3B导航计算机包括北斗信号捕获模块、相关器、数据融合模块、误差补偿模块和捷联惯导解算模块，所述惯性测量单元包括三轴陀螺仪ADXS300和三轴加速度计LIS331DL，所述北斗射频前端HZG102经ADS820模数转换器和北斗信号捕获模块连接，所述惯性测量单元中的三轴陀螺仪ADXS300和三轴加速度计LIS331DL经误差补偿模块和捷联惯导解算模块连接，所述数据融合模块分别和三轴地磁传感器MC5883、无线数据传输模块、捷联惯导解算模块、相关器、北斗信号捕获模块、误差补偿模块连接。
[0020]工作原理:基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块通过融合北斗导航系统、惯性导航系统和地磁导航系统的导航信息得到载体的位置、速度和姿态航向信息。其中，北斗射频前端HZG102将射频北斗信号转换为模拟中频北斗信号，通过ADS820模数转换器转换为数字中频北斗信号后，输入给北斗信号捕获模块进行快速捕获，得到多普勒频率和伪码相位信息后，输入给龙芯3B导航计算机的相关器后得到精确的多普勒频率和伪码相位。三轴陀螺仪ADXS300和三轴加速度计LIS331DL将测量的角速率和加速度输入给误差补偿模块进行误差补偿，然后输入给捷联惯导解算模块计算得到位置、速度和姿态方位信息。三轴地磁传感器MC5883测量地球的磁场，进而解算出航向信息。数据融合模块对相关器输出的多普勒频率和伪码相位，捷联惯导解算模块输出的位置、速度和姿态方位信息以及三轴地磁传感器MC5883测量出的航向信息进行融合后，指导误差补偿模块进行加速度计和陀螺仪测量误差补偿以及北斗信号捕获模块进行北斗信号快速捕获。龙芯3B导航计算机中的数据融合模块通过无线数据传输模块进行测量的位置和速度导航数据的无线传输。
[0021]本实用新型所述的基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块，结合捷联惯性导航、北斗导航和地磁导航系统各自的优点，对捷联惯性导航、北斗导航和地磁导航系统三种导航设备输出的导航信息进行深度信息融合，提高了设备导航的精度，采用北斗系统和龙芯导航计算机，增强了设备的国产化水平，具有重要的军事战略意义。
[0022]实施例2
[0023]如图2所示，本实用新型所述的基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块，包括北斗射频前端UC221、AD7656模数转换器、龙芯3A导航计算机、惯性测量单元、三轴地磁传感器AK8975和无线数据传输模块。所述龙芯3A导航计算机包括北斗信号捕获模块、相关器、数据融合模块、误差补偿模块和捷联惯导解算模块，所述惯性测量单元包括三轴陀螺仪L3G4200D和三轴加速度计MMA8451，所述北斗射频前端UC221经AD7656模数转换器和北斗信号捕获模块连接，所述惯性测量单元中的三轴陀螺仪L3G4200D和三轴加速度计MMA8451经误差补偿模块和捷联惯导解算模块连接，所述数据融合模块分别和三轴地磁传感器AK8975、无线数据传输模块、捷联惯导解算模块、相关器、北斗信号捕获模块、误差补偿模块连接。
[0024]工作原理:基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块通过融合北斗导航系统、惯性导航系统和地磁导航系统的导航信息得到载体的位置、速度和姿态航向信息。其中，北斗射频前端UC221将射频北斗信号转换为模拟中频北斗信号，通过AD7656模数转换器转换为数字中频北斗信号后，输入给北斗信号捕获模块进行快速捕获，得到多普勒频率和伪码相位信息后，输入给龙芯3A导航计算机的相关器后得到精确的多普勒频率和伪码相位。三轴陀螺仪L3G4200D和三轴加速度计MMA8451将测量的角速率和加速度输入给误差补偿模块进行误差补偿，然后输入给捷联惯导解算模块计算得到位置、速度和姿态方位信息。三轴地磁传感器AK8975测量地球的磁场，进而解算出航向信息。数据融合模块对相关器输出的多普勒频率和伪码相位，捷联惯导解算模块输出的位置、速度和姿态方位信息以及三轴地磁传感器AK8975测量出的航向信息进行融合后，指导误差补偿模块进行加速度计和陀螺仪测量误差补偿以及北斗信号捕获模块进行北斗信号快速捕获。龙芯3A导航计算机中的数据融合模块通过无线数据传输模块进行测量的位置和速度导航数据的无线传输。
[0025]本实用新型所述的基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块，结合捷联惯性导航、北斗导航和地磁导航系统各自的优点，对捷联惯性导航、北斗导航和地磁导航系统三种导航设备输出的导航信息进行深度信息融合，提高了设备导航的精度，采用北斗系统和龙芯导航计算机，增强了设备的国产化水平，具有重要的军事战略意义。
【主权项】
1.基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块，包括北斗射频前端、AD模数转换器、龙芯导航计算机、惯性测量单元、三轴地磁传感器和无线数据传输模块;所述龙芯导航计算机包括北斗信号捕获模块、相关器、数据融合模块、误差补偿模块和捷联惯导解算模块，所述惯性测量单元包括三轴陀螺仪和三轴加速度计，所述北斗射频前端经AD模数转换器和北斗信号捕获模块连接，所述惯性测量单元中的三轴陀螺仪和三轴加速度计经误差补偿模块和捷联惯导解算模块连接，所述数据融合模块分别和三轴地磁传感器、无线数据传输模块、捷联惯导解算模块、相关器、北斗信号捕获模块、误差补偿模块连接。2.按照权利要求1所述的基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块，其特征在于:所述北斗射频前端将射频北斗信号转换为模拟中频北斗信号，通过AD模数转换器转换为数字中频北斗信号后，输入给北斗信号捕获模块进行快速捕获。3.按照权利要求1所述的基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块，其特征在于:所述北斗信号捕获模块将捕获的多普勒频率和伪码相位输入给相关器后得到精确的多普勒频率和伪码相位。4.按照权利要求1所述的基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块，其特征在于:所述三轴陀螺仪和三轴加速度计将测量的角速率和加速度输入给误差补偿模块进行误差补偿，然后输入给捷联惯导解算模块计算得到位置、速度和姿态方位信息。5.按照权利要求1所述的基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块，其特征在于:所述三轴地磁传感器测量地球的磁场，进而解算出航向信息。6.按照权利要求1所述的基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块，其特征在于:所述数据融合模块对相关器输出的多普勒频率和伪码相位，捷联惯导解算模块输出的位置、速度和姿态方位信息以及三轴地磁传感器测量出的航向信息进行融合后，指导误差补偿模块进行加速度计和陀螺仪测量误差补偿以及北斗信号捕获模块进行北斗信号快速捕获。7.按照权利要求1所述的基于捷联惯性组合导航元件和多参数运动传感器的龙芯北斗集成模块，其特征在于:所述龙芯导航计算机中的数据融合模块通过无线数据传输模块进行测量的位置和速度导航数据的无线传输。
【文档编号】G01C21/16GK205482971SQ201620293984
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】马凌志, 李永, 呼爱红
【申请人】中兴长天信息技术(北京)有限公司