[发明专利]一种混合式惯导与卫星组合的导航系统

说明书

本发明提出一种混合式惯导与卫星组合的导航系统，涉及导航技术领域。包括混合式惯导组件、卫星定位导航模块、组合导航解算模组、电源模块、PCB板以及光纤陀螺零偏漂移的温度补偿模型；混合式惯导组件包括单轴光纤陀螺、三轴MEMS陀螺和三轴MEMS加速度计；单轴光纤陀螺用于测量Z轴的航向角信息，三轴MEMS陀螺用于测量X轴的横滚角信息、Y轴的俯仰角信息；卫星定位导航模块包括北斗/GPS双天线、北斗/GPS定位导航芯片；组合导航解算模组包括第一微处理器、第二微处理器、导航解算程序和FPGA；单轴光纤陀螺自带温度传感器。本发明融合了混合式惯导和卫星定位导航的优点，能明显提高光纤陀螺的精度，有利于促进在自动驾驶汽车、无人机等行业的推广应用。

技术领域

本发明涉及导航技术领域，具体涉及一种混合式惯导与卫星组合的导航系统。

背景技术

现阶段捷联惯导系统分为机械陀螺捷联惯导系统、激光陀螺捷联惯导系统、光纤陀螺捷联惯导系统、MEMS等，均为同构传感器组成捷联惯导系统。对于捷联惯导系统，在现有的有些设计中，设计者做了冗余备份，由一种以上的捷联惯导系统组成一套捷联惯导系统，两种系统组成不同，互为备份。

中国发明专利CN104596513B提供了一种光纤陀螺与微机械陀螺组合的惯导系统及导航方法，所述系统包括光纤陀螺仪和垂直方向的三轴MEMS陀螺仪，所述光纤陀螺仪与所述MEMS陀螺仪互为冗余设置；常态时，所述光纤陀螺仪测量方位轴向的角速度，当所述光线陀螺仪出现故障时，自动切换到所述MEMS陀螺仪。该惯导系统采用一个光纤陀螺仪和三轴MEMS陀螺仪作为惯导三个轴向的角速度传感器，光纤陀螺仪与垂直方向的MEMS陀螺仪形成互为冗余的设计方案。常态时，光纤陀螺仪取代垂直方向的MEMS陀螺仪测量方位轴向的角速度。当光线陀螺仪损坏时，可以自动切换到垂直方向MEMS陀螺仪，使系统在相当一段时间内继续保持工作。该发明提供的光纤陀螺与微机械陀螺组合的惯导系统的导航方法提供在线标定和补偿功能，即在惯性系统完成粗略误差标定以后，通过设定的运动方式来实现陀螺漂移和加速度计零偏的误差估计和补偿，使系统降低对设备的要求，极大的降低了成本，也实时提高了惯性系统的性能。

该发明提出的光纤陀螺仪与垂直方向的MEMS陀螺仪形成互为冗余的设计方案，局限于光纤陀螺与微机械陀螺组合的惯导系统。通过设定的运动方式来实现陀螺漂移和加速度计零偏的误差估计和补偿，无法从根本上解决惯导系统随时间增加而产生的累积误差；这种造价低、体积小、发展前景广泛的惯导系统，在实际应用中需要和北斗/GPS接收机等组成高性能的组合导航系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合式惯导与卫星组合的导航系统，不仅融合了光纤陀螺精度高、可靠性高的优势以及MEMS陀螺仪成本低、体积小的优点，还将混合式惯导组件与卫星定位导航模块等组成高性能的组合导航系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种混合式惯导与卫星组合的导航系统，包括混合式惯导组件、卫星定位导航模块、组合导航解算模组、电源模块、PCB板以及光纤陀螺零偏漂移的温度补偿模型；

所述混合式惯导组件包括单轴光纤陀螺和MEMS惯性测量单元，所述MEMS惯性测量单元包括三轴MEMS陀螺和三轴MEMS加速度计；

所述单轴光纤陀螺用于测量Z轴的航向角信息；所述三轴MEMS陀螺用于测量X轴的横滚角信息、Y轴的俯仰角信息，所述三轴MEMS陀螺Z轴的角速度信息作为备用；所述三轴MEMS加速度计用于测量三个正交轴上的加速度信息；

所述卫星定位导航模块包括北斗/GPS双天线、北斗/GPS定位导航芯片；

所述组合导航解算模组包括第一微处理器、可以在第一微处理器执行的导航解算程序、第二微处理器以及FPGA，所述第一微处理器、第二微处理器均与所述FPGA连接；

所述单轴光纤陀螺、MEMS惯性测量单元、卫星定位导航模块均通过接口总线与所述FPGA连接；