[发明专利]一种基于GNSS和IMU的定位定姿系统

说明书

本发明涉及一种基于GNSS和IMU的定位定姿系统，其特征在于：包括IMU惯性传感器、GNSS接收及处理器、时间同步处理器、导航融合信息处理器和输出接口电路；IMU惯性传感器的信号输出端、GNSS接收及处理器的信号输出端之一各连接时间同步处理器的一个信号输入端，时间同步处理器的信号输出端连接导航融合信息处理器的信号输入端之一，GNSS接收及处理器的信号输出端之二连接导航融合信息处理器的信号输入端之二，GNSS接收及处理器的信号输出端之三连接输出接口电路的输入端之一，导航融合信息处理器的信号输出端连接输出接口电路的输入端之二，输出接口电路具有外接的信号输出端。具有体积小、重量轻、定位精度高等特点。

技术领域

本发明涉及一种基于GNSS和IMU的定位定姿系统。适用于无人驾驶、无人机测绘、巡查等。属于测绘技术领域。

背景技术

导航系统用于测量载体的位置、速度与姿态等信息，是各类运载体必不可少的重要装置；导航技术是确定导航参数的方法，大到飞机、舰船、潜艇、导弹、宇宙飞船，小到汽车驾驶、机器人的运动都需要导航技术。

现有技术中，导航技术可分为两种基本类型：航位推算与定位。航位推算通过测量导航参数的变化量，在给定初始值的情况下，积分可得到当前值。定位依赖于外界参考信息，通过特征匹配或测量到参考点的距离、方位等，获得导航参数。现有技术存在两种独立的导航系统：即惯性导航系统(Inertial Navigation System,简称INS)与全球卫星导航系统(Global NavigationSatellite Systems,简称GNSS)，这两个导航系统为现有技术的两种类型的典型代表。

全球卫星导航系统GNSS的主要优点是：具有全球性、全天候导航能力，误差长期稳定；但存在如下问题：(1)卫星信号易受载体机动、干扰、遮挡等因素的影响，容易导致接收机无法捕获与跟踪信号；(2)通常只能输出位置与速度信息，输出带宽低。惯性导航系统INS具有以下优势：自主性强、短时精度高、输出带宽高、导航信息全等，为军事领域各类载体最主要的导航设备；但存在如下问题：(1)导航误差随时间积累增大，难以独立胜任长时间高精度的导航任务；(2)性能好的器件通常尺寸较大。

发明内容

本发明的目的，是为了解决现有全球卫星导航系统GNSS存在只能输出位置与速度信息及输出带宽低的问题及惯性导航系统INS存在难以独立胜任长时间高精度的导航任务及尺寸较大的问题，提供一种基于GNSS和IMU的定位定姿系统，具有体积小、重量轻、定位精度高等突出的实质性特点和显著进步。

本发明的目的可以通过采取以下技术方案实现：

一种基于GNSS和IMU的定位定姿系统，其结构特点在于：包括IMU惯性传感器、GNSS接收及处理器、时间同步处理器、导航融合信息处理器和输出接口电路；IMU惯性传感器的信号输出端、GNSS接收及处理器的信号输出端之一各连接时间同步处理器的一个信号输入端，时间同步处理器的信号输出端连接导航融合信息处理器的信号输入端之一，GNSS接收及处理器的信号输出端之二连接导航融合信息处理器的信号输入端之二，GNSS接收及处理器的信号输出端之三连接输出接口电路的输入端之一，导航融合信息处理器的信号输出端连接输出接口电路的输入端之二，输出接口电路具有外接的信号输出端；IMU惯性传感器的检测端对准被测物体、以实时输出被测物体的角速度与加速度，GNSS接收及处理器的检测端对准被测物体、以测量被测物体的位置与速度，时间同步处理器通过GNSS接收及处理器输入的秒脉冲信号对IMU惯性传感器输出的数据进行时间同步；导航融合信息处理器用于将IMU惯性测量信息与GNSS位置、速度测量信息进行融合处理；输出接口电路用于向外发送导航信息。

本发明的目的还可以通过采取以下技术方案实现：