[发明专利]一种组合导航装置和实施方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种GPS导航、惯性导航、CDMA手机网络、地磁罗盘四种导航方式组合的导航装置和实施方法，属于城市交通、航海等中低精度要求的导航定位装置和实施方法的技术领域。

背景技术

惯性导航的基本原理是根据牛顿力学定律，通过测量载体在惯性参考系的加速度和角速度，将他们对时间进行积分，并把它变换到导航坐标系统中，就能够得到在导航坐标系中的速度、位置和姿态角信息等。所以，它是一种不依赖于任何外部信息，也不向外辐射能量的自主式导航系统。具有良好的隐蔽性，其工作环境不仅包括控制、地球表面，还可以在水下。比如，1958年美国“皇后鱼”号核潜艇依靠惯性导航系统穿过北极在冰下航行21天；美国“阿波罗”号飞船上也装备了捷联式惯性导航系统。目前，惯性导航在海、陆、空、天等各领域都得到了广泛的应用。

GPS导航系统的特点是覆盖面广，尤其是在野外和海上具有非常好的定位效果。CDMA手机网络定位的覆盖范围有限，而且定位精度受CDMA手机网络基站的密度等影响较大，而它的这一特点正好可以弥补GPS导航网络的定位“盲区”，尤其是在闹市区、室内、隧道等GPS信号被遮挡严重的地区，往往是CDMA手机网络基站的密集区，因此CDMA手机网络定位可以在很大程度上弥补GPS定位系统的盲区，从而使本定位系统的应用范围大大扩展。惯性导航系统的特点是短时间内定位精度高，动态性能好，且属于自主定位，不需要接收外部定位信号，在GPS网络和CDMA手机网络均无法提供定位服务时，可以提供短时间的定位服务。

现有的GPS(Global Position System，全球定位系统)导航装置，通过接收GPS信号实现GPS导航，但由于GPS信号因不同的区域而强弱有所不同，当在GPS信号弱的区域时，GPS导航装置容易导致导航不准确；或者在无GPS信号地区，即所谓的“盲区”时，如室内、高层建筑密集的市区等地方，则无法进行GPS导航。而解决此问题可以通过CDMA手机网络导航系统和惯性导航系统来确定具体位置，例如当汽车从GPS信号区进入室内停车场，由于建筑物的遮挡进入了GPS信号盲区。

发明内容

本发明主要的目的在于提出一种(MINS/CDMA手机网络/地磁罗盘/GPS)组合导航的装置和实施方法，此导航装置及方法克服了传统GPS/MINS导航方法经常由于遮挡不能准确定位的欠缺，可以在GPS信号由于遮挡不能准确定位时，继续利用MINS/地磁罗盘/CDMA手机网络进行组合定位，从而可以提供覆盖范围更大、可靠性更高也更精确的定位服务。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明组合导航装置，其特征在于包括：

GPS导航模块，用于接收GPS信号，并对所述GPS信号进行解析，生成GPS导航数据；

MINS惯性导航模块，用于采集惯性导航数据；

CDMA手机网络导航模块，根据CDMA手机网络导频信号的到达时差(TDOA)，进行定位；

地磁罗盘导航模块，地磁罗盘模块内部包含了三轴磁通量计，根据其自带的全球地磁数据库实时的提供载体的方位角；

时间同步模块，将GPS导航模块、CDMA手机网络导航模块、地磁罗盘导航模块以及MINS微惯性导航模块的导航数据输出进行时间同步；

导航计算机，用于接收上述四种导航模块的导航数据，并根据GPS导航模块和CDMA手机网络导航模块的信号强弱情况，通过联邦卡尔曼滤波进行组合导航定位。其中，所述CDMA手机网络导航模块，根据CDMA手机网络导频信号的到达时差(TDOA)，通过三角定位算法进行定位；

子滤波器1，负责MINS和GPS的位置和速度信息融合，其量测信息主要是指GPS和SINS形成的位置、速度信息；

子滤波器2，负责MINS和CDMA手机网络信息融合，其量测信息主要指二者的位置信息融合；

子滤波器3，负责MINS和地磁罗盘位置和姿态信息融合，其量测信息是地磁罗盘和MINS形成的位置、速度观测信息；

主滤波器，一方面对各子滤波器进行信息综合与分配，另一方面将系统状态误差的估计值反馈给惯导系统，以校正其累积误差。其中，所述MINS惯性导航模块包括：

加速度采集单元，与MINS惯性导航模块相连接，用于实时采集加速度数据；

MEMS陀螺仪单元，与MINS惯性导航模块相连接，用于实时采集角速率。其中，所述地磁罗盘导航模块包括：

地磁场采集单元，用于采集载体所在位置沿东-北-天三个方向的地磁强度；