[发明专利]一种基于多模式协同的军民两用智能导航系统

说明书

技术领域

本发明属于复杂环境下组合导航技术领域，尤其涉及一种基于多模式协同的军民两用智能导航系统。

背景技术

近年来，行人导航(PedestrianNavigation，PN)作为导航技术应用的新兴领域，正越来越受到各国学者的重视，并逐渐成为该领域的研究热点。然而在大型商场、超市、隧道、仓库、地下停车场等室内环境下，外界无线电信号微弱、电磁干扰强烈等因素都会对目标行人导航信息获取的准确性、实时性及鲁棒性有很大影响。如何将室内环境下获取的有限信息进行有效的融合以消除室内复杂环境影响，并且保证行人在室内外不同的环境中可以实现无缝衔接，保证导航精度的持续稳定，具有重要的科学理论意义和实际应用价值。

在现有的定位方式中，全球卫星导航系统(GNSS)是最为常用的一种方式。虽然GNSS能够通过精度持续稳定的位置信息，但是其易受电磁干扰、遮挡等外界环境影响的缺点限制了其应用范围，特别是在室内、地下巷道等一些密闭的、环境复杂的场景，GNSS信号被严重遮挡，无法进行有效的工作。近年来，无线传感网络(WSN)以其低成本、低功耗和低系统复杂度的特点在短距离局部定位领域表现出很大的潜力。学者们提出将基于无线传感网络(WSN)的目标跟踪应用于GNSS失效环境下的行人导航。这种方式虽然能够实现室内定位，但是由于室内环境复杂多变，WSN信号十分容易受到干扰而导致定位精度下降甚至失锁；与此同时，目前的导航定位精度为米级，不能保证对室内行人高精度的导航需求；除此之外，由于WSN采用的通信技术通常为短距离无线通信技术，因此若想完成大范围的室内目标跟踪定位，需要大量的网络节点共同完成，这必将引入网络组织结构优化设计、多节点多簇网络协同通信等一系列问题。因此现阶段基于WSN的目标跟踪在室内导航领域仍旧面临很多挑战。为了克服上述两种导航方法需要参考节点并容易产生失锁的缺点，学者们提出将惯性测量单元(IMU)应用于小区域目标跟踪领域。IMU具有全自主、运动信息全面、短时、高精度的优点，虽然可以实现自主导航，但误差随时间积累，长航时运行条件下将导致导航精度严重下降。

发明内容

本发明的目的是：针对现有个人导航系统定位模式单一、精度较低、覆盖范围较小、可靠性较低等缺点，克服现有技术的不足，提供一种基于多模式协同的军民两用智能导航系统；所述智能导航系统是一种以惯性导航和计步零速修正算法融合的导航系统为基础，以卫星导航系统、地图匹配导航系统、无线传感网络定位系统为辅的多模式协同三维立体智能导航系统；所述智能导航系统包括下位机系统和上位机系统；所述下位机系统包括中央控制器系统、智能惯性导航系统、卫星导航系统、地图匹配导航系统、无线传感网络定位系统和无线数据发送系统；所述上位机系统包括无线数据接收系统、接口模块和第三方设备；所述智能导航系统采用并行实时操作系统实现任务调度，以实时计步零速修正算法校正惯导系统速度、位置误差为主，智能选择多种融合定位技术中功耗最低，并满足精度要求的导航方法校准系统的位置误差；所述智能导航系统实现了个人室内外无缝三维立体精准定位；所述智能导航系统采用芯片级电路设计，将各导航分系统集成封装成贴片设备，便于进行嵌入式开发。

本发明包括如下技术方案：

一种基于多模式协同的军民两用智能导航系统是一种以惯性导航和计步零速修正算法融合的导航系统为基础，以卫星导航系统、地图匹配导航系统、无线传感网络定位系统为辅的多模式协同三维立体智能导航系统；所述智能导航系统包括下位机系统和上位机系统；所述下位机系统包括中央控制器系统、智能惯性导航系统、卫星导航系统、地图匹配导航系统、无线传感网络定位系统和无线数据发送系统；所述上位机系统包括无线数据接收系统、接口模块和第三方设备；所述中央控制器系统包括多模式协同导航数据融合系统和智能决策系统；所述智能惯性导航系统包括导航信号采集系统、姿态/速度/位置解算系统、航向解算系统、高度解算系统、步态检测系统、零速修正系统和数据融合系统；所述卫星导航系统包括卫星信号接收系统和卫星信号处理系统；所述无线传感网络定位系统包括无线传感网络信号接收系统和无线传感网络信号处理系统；所述智能导航系统采用并行实时操作系统实现任务调度，以实时计步零速修正算法校正惯导系统速度、位置误差为主，智能选择多种融合定位技术中功耗最低，并满足精度要求的导航方法校准系统的位置误差；所述智能导航系统实现了个人室内外无缝三维立体精准定位；所述智能导航系统采用芯片级电路设计，将各导航分系统集成封装成贴片设备，便于进行嵌入式开发。