[发明专利]基于BD、GPS及MEMS的组合导航系统及导航方法

说明书

技术领域

本发明属于导航技术领域，适用于微小型平台稳定控制、姿态与航向参考、组合导航等系统领域，具体为基于BD、GPS及MEMS的组合导航系统及导航方法。

背景技术

随着新军事变革思想的不断推进，以及国产武器装备持续升级换代，国防领域对武器系统的精确打击提出了一系列新的要求：抗过载、小型化、低功耗、低成本、高精度。但是现有的组合导航系统普遍存在着体积大、难以集成、精度较差等缺点，既难以满足微小型系统的发展需求，也不符合军工设备发展的迫切需要。而近年来发展起来的、采用集成电路的加工工艺的惯性微传感器(MEMS-IMU)的性能不断提高，且具有体积小、重量轻、功耗低、成本低的特点。将MEMS-IMU应用到武器系统中，尤其是武器的导航系统中去，从而确保武器装备的精确打击能力，同时减小武器系统中的组合导航系统的体积，是今后国产武器发展的重要方向。但是，目前MEMS-IMU的精度仍处于较低水平，无法单独实现导航，需要进一步的硬件结构设计与导航算法的优化，才能满足技术发展的需要。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于BD、GPS及MEMS的组合导航系统及导航方法，使之具有抗过载、小型化、低功耗、低成本、较高精度的特点，尤其具有较高精度的姿态控制与导航定位性能。具体如下：

基于BD、GPS及MEMS的组合导航系统，包括MEMS-IMU模块100、GNSS模块200、磁强计模块300和组合导航计算机400。MEMS-IMU模块100、GNSS模块200和磁强计模块300分别与组合导航计算机400连接。所述的基于BD、GPS及MEMS的组合导航系统安装在载体上使用。

所述的MEMS-IMU模块100包括三轴MEMS陀螺仪101和三轴MEMS加速度计102，其中，三轴MEMS陀螺仪101为单芯片数字化的角速度检测器，负责向组合导航计算机400输出角速度信号。三轴MEMS加速度计102为单芯片数字化的比力检测器，负责向组合导航计算机400输出比力信号。

所述的GNSS模块200包含一片集成BD2和GPS的导航芯片205，通过集成BD2和GPS的导航芯片205向组合导航计算机400输出导航信号。

所述的磁强计模块300负责向组合导航计算机400输出三维磁场强度信号。

所述组合导航计算机400将三轴MEMS陀螺仪101的输出信号、三轴MEMS加速度计102的输出信号与GNSS模块200的输出信号进行滤波运算，获得本组合导航系统的三维位置值、三维速度值和加速度计漂移估计值。

组合导航计算机400将三轴MEMS陀螺仪101的输出信号、三轴MEMS加速度计102的输出信号、磁强计模块300的输出信号、以及运算获得的加速度计漂移估计值进行融合运算，获得本组合导航系统的姿态角估计值。

上述的三维位置值、三维速度值和姿态角估计值做为本组合导航系统的导航数据输出值对外输出。

采用本发明所述的基于BD、GPS及MEMS的组合导航系统获取导航坐标的方法，按如下步骤进行：

步骤1：由组合导航计算机400读取三轴MEMS陀螺仪101输出的角速度信号、三轴MEMS加速度计102输出的比力信号和GNSS模块200输出的导航坐标信号，并通过组合导航扩展卡尔曼滤波器402转换得到本组合导航系统的位置数值、速度数值和加速度计漂移数值。

步骤2：由组合导航计算机400读取三轴MEMS陀螺仪101输出的角速度信号、三轴MEMS加速度计102输出的比力信号、磁强计模块300输出的三维磁场强度信号，并通过姿态解算滤波器401转换得到本组合导航系统的绝对值的姿态角数值。

步骤3：由组合导航计算机400将步骤1得到加速度计漂移数值转化成陀螺漂移数值和磁强计失真误差值。

步骤4：将步骤3得到陀螺漂移数值和磁强计失真误差值输入姿态解算滤波器401，对由步骤2获得的绝对值的姿态角数值进行校正，获得本组合导航系统的校正后的姿态角数值。

步骤5：将本组合导航系统的位置数值、速度数值和校正后的姿态角数值作为导航运算的结果对外输出。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、采用了MEMS惯性器件，极大降低导航系统成本，与此同时，MEMS惯性器件具有高抗冲击等特性，尤其适合各种战争环境应用。本发明将MEMS-IMU与 GPS、磁强计相结合，构建组合导航系统，实现较高精度姿态控制与导航定位，且克服了传统设备的体积大、重量重的技术难题。