基于bd、gps及mems的組合導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，適用于微小型平臺(tái)穩(wěn)定控制、姿態(tài)與航向參考、組合導(dǎo)航等系統(tǒng)領(lǐng)域，具體為基于BD、GPS及MEMS的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著新軍事變革思想的不斷推進(jìn)，以及國(guó)產(chǎn)武器裝備持續(xù)升級(jí)換代，國(guó)防領(lǐng)域?qū)ξ淦飨到y(tǒng)的精確打擊提出了一系列新的要求:抗過(guò)載、小型化、低功耗、低成本、高精度。但是現(xiàn)有的組合導(dǎo)航系統(tǒng)普遍存在著體積大、難以集成、精度較差等缺點(diǎn)，既難以滿(mǎn)足微小型系統(tǒng)的發(fā)展需求，也不符合軍工設(shè)備發(fā)展的迫切需要。而近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的、采用集成電路的加工工藝的慣性微傳感器(MEMS-MU)的性能不斷提高，且具有體積小、重量輕、功耗低、成本低的特點(diǎn)。將MEMS-1MU應(yīng)用到武器系統(tǒng)中，尤其是武器的導(dǎo)航系統(tǒng)中去，從而確保武器裝備的精確打擊能力，同時(shí)減小武器系統(tǒng)中的組合導(dǎo)航系統(tǒng)的體積，是今后國(guó)產(chǎn)武器發(fā)展的重要方向。但是，目前MEMS-1MU的精度仍處于較低水平，無(wú)法單獨(dú)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航，需要進(jìn)一步的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與導(dǎo)航算法的優(yōu)化，才能滿(mǎn)足技術(shù)發(fā)展的需要。
[0003]因此，需要提供一種新的導(dǎo)航設(shè)備，將MEMS-MU與傳統(tǒng)的組合導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，取兩者的長(zhǎng)處，克服現(xiàn)有導(dǎo)航設(shè)備體積過(guò)大、功耗過(guò)大、重量過(guò)重的難題，進(jìn)而滿(mǎn)足武器發(fā)展的需求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是提出一種基于BD、GPS及MEMS的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，使之具有抗過(guò)載、小型化、低功耗、低成本的特點(diǎn)。具體如下:
[0005]基于BD、GPS及MEMS的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，包括組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)400，該組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)400負(fù)責(zé)對(duì)接收到數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波運(yùn)算，輸出三維位置值、三維速度值和姿態(tài)角估計(jì)值；此夕卜，還設(shè)有MEMS-MU模塊100、GNSS模塊200和磁強(qiáng)計(jì)模塊300。MEMS-1MU模塊100、GNSS模塊200和磁強(qiáng)計(jì)模塊300分別與組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)400連接。所述的基于BD、GPS及MEMS的組合導(dǎo)航系統(tǒng)安裝在載體上使用。
[0006]所述的MEMS-MU模塊100包括三軸MEMS陀螺儀101和三軸MEMS加速度計(jì)102，其中，三軸MEMS陀螺儀101為單芯片數(shù)字化的角速度檢測(cè)器，負(fù)責(zé)向組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)400輸出角速度信號(hào)。三軸MEMS加速度計(jì)102為單芯片數(shù)字化的比力檢測(cè)器，負(fù)責(zé)向組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)400輸出比力信號(hào)。
[0007]所述的GNSS模塊200包含一片集成BD2和GPS的導(dǎo)航芯片205，通過(guò)集成BD2和GPS的導(dǎo)航芯片205向組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)400輸出由BD2或GPS導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)出的導(dǎo)航信號(hào)。
[0008]所述的磁強(qiáng)計(jì)模塊300負(fù)責(zé)向組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)400輸出三維磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)。
[0009]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0010]1、采用了 MEMS慣性器件，極大降低導(dǎo)航系統(tǒng)成本，與此同時(shí)，MEMS慣性器件具有高抗沖擊等特性，尤其適合各種戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境應(yīng)用。本實(shí)用新型將MEMS-MU與GPS、磁強(qiáng)計(jì)相結(jié)合而構(gòu)建得到的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)導(dǎo)航設(shè)備相當(dāng)?shù)妮^高精度姿態(tài)控制與導(dǎo)航定位的前提下，克服了傳統(tǒng)設(shè)備的體積大、重量重的技術(shù)難題；
[0011]2、本實(shí)用新型所采用的MEMS-MU模塊包含單芯片數(shù)字化的三軸MEMS陀螺儀和單芯片數(shù)字化的三軸MEMS加速度計(jì)，與傳統(tǒng)組合導(dǎo)航系統(tǒng)相比較，極大的降低了系統(tǒng)體積；
[0012]3、本實(shí)用新型采用的GNSS模塊是市場(chǎng)上成熟的單片BD2/GPS導(dǎo)航芯片，兼?zhèn)浔倍范鶥D2和GPS的導(dǎo)航能力。本GNSS模塊比同事連接一套北斗二代BD2導(dǎo)航芯片和一套GPS導(dǎo)航芯片的結(jié)構(gòu)相比較，無(wú)意極大的降低了 GNSS模塊體積和功耗，從而降低整體系統(tǒng)體積和功耗；
[0013]4、本實(shí)用新型提供三軸MEMS陀螺儀101、三軸MEMS加速度計(jì)102、GNSS模塊200和磁強(qiáng)計(jì)模塊300，輸出的信號(hào)多，使得組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)400能夠比傳統(tǒng)的導(dǎo)航設(shè)備具有更多的信息數(shù)據(jù)來(lái)源，從而保證系統(tǒng)穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和精度。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0015]圖2是本實(shí)用新型的GNSS模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是本實(shí)用新型的磁強(qiáng)計(jì)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)細(xì)節(jié)。
[0018]參見(jiàn)圖1，基于BD、GPS及MEMS的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，安裝在武器載體上，包括組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)400，該組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)400負(fù)責(zé)進(jìn)行濾波運(yùn)算，輸出三維位置值、三維速度值和姿態(tài)角估計(jì)值；此外，還設(shè)有MEMS-MU模塊100、GNSS模塊200和磁強(qiáng)計(jì)模塊300。MEMS-1MU模塊100、GNSS模塊200和磁強(qiáng)計(jì)模塊300分別與組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)400連接。
[0019]所述的MEMS-MU模塊100包括三軸MEMS陀螺儀101和三軸MEMS加速度計(jì)102，其中，三軸MEMS陀螺儀101為單芯片數(shù)字化的角速度檢測(cè)器，負(fù)責(zé)向組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)400輸出角速度信號(hào)。三軸MEMS加速度計(jì)102為單芯片數(shù)字化的比力檢測(cè)器，負(fù)責(zé)向組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)400輸出比力信號(hào)。
[0020]所述的GNSS模塊200包含一片集成BD2和GPS的導(dǎo)航芯片205，通過(guò)集成BD2和GPS的導(dǎo)航芯片205向組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)400輸出導(dǎo)航信號(hào)。
[0021]所述的磁強(qiáng)計(jì)模塊300負(fù)責(zé)向組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)400輸出三維磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)。
[0022]參見(jiàn)圖2，所述的GNSS模塊200還包括天線(xiàn)201。所述的集成BD2和GPS導(dǎo)航芯片205 (集成BD2/GPS導(dǎo)航芯片205)由BD2信號(hào)前端處理單元202、GPS信號(hào)前端處理單元203和基帶處理S0C204(也稱(chēng)為基帶處理片上系統(tǒng)SOC)組成。其中，天線(xiàn)201分別與BD2信號(hào)前端處理單元202的信號(hào)輸入端、GPS信號(hào)前端處理單元203的信號(hào)輸入端相連接，BD2信號(hào)前端處理單元202的信號(hào)輸出端與GPS信號(hào)前端處理單元203的信號(hào)輸出端分別與基帶處理S0C204的信號(hào)輸入端相連接。
[0023]參見(jiàn)圖3，所述的磁強(qiáng)計(jì)模塊300包括X軸磁阻傳感器301、y軸磁阻傳感器302、z軸磁阻傳感器303和磁阻信號(hào)處理電路304。其中，X軸磁阻傳感器301的信號(hào)輸出端、y軸磁阻傳感器302的信號(hào)輸出端、z軸磁阻傳感器303的信號(hào)輸出端分別與磁阻信號(hào)處理電路304的信號(hào)輸入端相連接，由磁阻信號(hào)處理電路304對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，輸出數(shù)字化的三維磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)。
[0024]進(jìn)一步說(shuō)，所述組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)400包括姿態(tài)解算濾波器和組合導(dǎo)航擴(kuò)展卡爾曼濾波器(也可簡(jiǎn)寫(xiě)為組合導(dǎo)航EKF)。通過(guò)組合導(dǎo)航擴(kuò)展卡爾曼濾波器將接收到的GNSS模塊200的輸出信號(hào)、三軸MEMS陀螺儀101的輸出信號(hào)和三軸MEMS加速度計(jì)102的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成本組合導(dǎo)航系統(tǒng)的三維位置值、三維速度值和加速度計(jì)漂移估計(jì)值。通過(guò)姿態(tài)解算濾波器將接收到的三軸MEMS陀螺儀101的輸出信號(hào)、三軸MEMS加速度計(jì)102的輸出信號(hào)、磁強(qiáng)計(jì)模塊300的輸出信號(hào)以及由組合導(dǎo)航擴(kuò)展卡爾曼濾波器通過(guò)濾波運(yùn)算獲得的加速度計(jì)漂移估計(jì)值轉(zhuǎn)換成本組合導(dǎo)航系統(tǒng)的姿態(tài)角估計(jì)值。本組合導(dǎo)航系統(tǒng)的姿態(tài)角估計(jì)值、三維位置值和三維速度值作為導(dǎo)航的結(jié)果向外輸出。
[0025]本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容以及單獨(dú)的部件、組件為屬本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)和設(shè)備。雖然結(jié)合附圖描述了本實(shí)用新型的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于BD、GPS及MEMS的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，包括組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)(400)，該組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)(400)負(fù)責(zé)對(duì)接收到數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波運(yùn)算，輸出三維位置值、三維速度值和姿態(tài)角估計(jì)值；其特征在于:還設(shè)有MEMS-MU模塊(100)、GNSS模塊(200)和磁強(qiáng)計(jì)模塊(300) ；MEMS-1MU模塊(100)、GNSS模塊(200)和磁強(qiáng)計(jì)模塊(300)分別與組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)(400)連接； 所述的MEMS-MU模塊(100)包括三軸MEMS陀螺儀(101)和三軸MEMS加速度計(jì)(102)，其中，三軸MEMS陀螺儀(101)為角速度檢測(cè)器，負(fù)責(zé)向組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)(400)輸出角速度信號(hào)；三軸MEMS加速度計(jì)(102)為比力檢測(cè)器，負(fù)責(zé)向組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)(400)輸出比力信號(hào); 所述的GNSS模塊(200)包含一片集成BD2和GPS的導(dǎo)航芯片(205)，通過(guò)集成BD2和GPS的導(dǎo)航芯片(205)向組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)(400)輸出導(dǎo)航信號(hào)； 所述的磁強(qiáng)計(jì)模塊(300)負(fù)責(zé)向組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)(400)輸出三維磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于BD、GPS及MEMS的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于:所述的GNSS模塊(200)還包括天線(xiàn)(201);所述的集成BD2和GPS導(dǎo)航芯片(205)由BD2信號(hào)前端處理單元(202)、GPS信號(hào)前端處理單元(203)和基帶處理SOC(204)組成；其中，天線(xiàn)(201)分別與BD2信號(hào)前端處理單元(202)的信號(hào)輸入端、GPS信號(hào)前端處理單元(203)的信號(hào)輸入端相連接，BD2信號(hào)前端處理單元(202)的信號(hào)輸出端與GPS信號(hào)前端處理單元(203)的信號(hào)輸出端分別與基帶處理S0C(204)的信號(hào)輸入端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于BD、GPS及MEMS的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于:所述的磁強(qiáng)計(jì)模塊(300)包括X軸磁阻傳感器(301)、y軸磁阻傳感器(302)、z軸磁阻傳感器(303)和磁阻信號(hào)處理電路(304);其中，X軸磁阻傳感器(301)的信號(hào)輸出端、y軸磁阻傳感器(302)的信號(hào)輸出端、z軸磁阻傳感器(303)的信號(hào)輸出端分別與磁阻信號(hào)處理電路(304)的信號(hào)輸入端相連接，由磁阻信號(hào)處理電路(304)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，輸出數(shù)字化的三維磁場(chǎng)強(qiáng)度信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于BD、GPS及MEMS的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于:所述組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)(400)包括姿態(tài)解算濾波器和組合導(dǎo)航擴(kuò)展卡爾曼濾波器。
【專(zhuān)利摘要】針對(duì)現(xiàn)有導(dǎo)航系統(tǒng)的不足，本實(shí)用新型提供一種基于BD、GPS及MEMS的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，包括MEMS-IMU模塊、GNSS模塊、磁強(qiáng)計(jì)模塊和組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)；MEMS-IMU模塊、GNSS模塊和磁強(qiáng)計(jì)模塊分別與組合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)連接。有益的技術(shù)效果：本實(shí)用新型所述的組合導(dǎo)航系統(tǒng)具有抗過(guò)載、小型化、低功耗、低成本，且具有高抗沖擊，尤其適合各種戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境應(yīng)用。
【IPC分類(lèi)】G01S19-47
【公開(kāi)號(hào)】CN204479757
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520014524
【發(fā)明人】王佩生, 朱家兵, 郭二輝
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所
【公開(kāi)日】2015年7月15日
【申請(qǐng)日】2015年1月9日