一种多信息深组合导航微系统及导航方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及导航技术领域，尤其涉及一种多信息深组合导航微系统及导航方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代科学技术的发展，车辆、飞机、船舶、武器系统等对导航系统提出了越来 越高的要求，传统的单一导航方式如惯性导航、全球卫星导航(GNSS)、地磁导航、电子地图 等无法满足应用需求，因此，现代导航越来越多的采用了多种导航组合的方式，即组合导 航，复合导航提高了导航系统精度、抗干扰能力性和冗余度。但目前的复合导航系统大都仅 仅是将独立的导航系统进行叠加得到，其存在体积大、功耗高、成本高、精度较低、并且功能 较少，也无法满足现代化导航的需求，因此，开发多信息深组合导航微系统技术是导航系统 发展的重要趋势之一。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种多信息深组合导航微 系统及导航方法，能够使导航系统功能更多，导航精度更高，并且微小型化、功耗低、成本 低，从而满足现代化导航的需求。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种多信息深组合导 航微系统，其特征在于:包括三轴MEMS陀螺芯片组、三轴加速度芯片组、卫星导航芯片、磁场 计、高度计、信号驱动解调放大电路、多通道ADC芯片、导航解算电路以及电源管理电路； 所述三轴MEMS陀螺芯片组、三轴加速度芯片组、磁场计以及高度计经信号驱动解调放 大电路后与多通道ADC芯片相连，通过多通道ADC芯片将数据输送到导航解算电路； 卫星导航芯片同时与多通道ADC芯片及导航解算电路相连，从而与多通道ADC芯片及导 航解算电路进行数据交换； 所述电源管理电路为三轴MEMS陀螺芯片组、三轴加速度芯片组、卫星导航芯片、磁场 计、高度计、信号解调及放大电路、多通道ADC芯片以及导航解算电路供电。
[0005] 进一步地，所述导航微系统与载体系统连接，用于获取载体的位置、姿态及时间信 息；同时，该导航微系统与载体控制计算机连接，用于获取载体的导航、制导信息。
[0006] 进一步地，所述导航解算电路包括卫星导航解算电路、微惯性导航解算电路、地磁 导航解算电路以及高度测量解算电路，用于完成卫星导航解算、微惯性导航解算、地磁导航 解算、高度测量解算、卫星导航与惯性导航深组合KALMAN滤波计算工作。
[0007] -种多信息深组合导航微系统的导航方法，其特征在于:包括如下步骤： 1) 导航微系统初始化； 2) 通过三轴MEMS陀螺芯片组、三轴加速度芯片组、磁场计及高度计实时采集载体的运 动状态信号，并进行信号处理、误差补偿； 3) 通过卫星导航芯片接收卫星导航射频信号，并进行前置滤波、低噪声放大、混频、中 频滤波、多相位滤波、数控增益放大以及驱动放大处理，从而将卫星导航射频信号变频为AD 电路可直接采样的中频信号； 4) 通过导航解算电路对中频信号进行高速AD采样和抗干扰处理，然后进行卫星捕获、 卫星环路跟踪以及卫星导航解算，计算出时间、载体的伪距、伪距率、位置以及速度信息； 5) 判断初始对准状态； 6) 若初始对准未完成，则进行粗对准，包括初始位置、速度、时间装定，建立导航坐标 系，计算初始姿态、方位； 7) 然后进行精对准，包括对三轴MEMS陀螺、三轴加速度计进行测漂，采用卫星导航与惯 性导航深组合KALMAN滤波方式对导航参数进行最优估计，得到导航信息和误差估计，完成 精对准后返回执行步骤2); 8) 若初始对准完成，则进行捷联惯性导航计算，解四元数微分方程、导航方程，得到载 体的姿态、速度和位置； 9) 判断是否有卫星导航信息，若有卫星导航信息，则进行惯性、卫星导航、磁场、高度计 KALMAN滤波信息融合导航计算;若没有卫星导航信息，则进行惯性、磁场、高度计KALMAN滤 波信息融合导航计算； 10) 得到最优导航参数，返回步骤2);同时，将最优导航参数反馈到卫星捕获、导航环路 跟踪、卫星导航解算。
[0008] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：组合导航模式为深组合导航方式，该系统 及方法通过采用微系统的设计思想，将组合导航系统的微机械陀螺、加速度计、磁场计、气 压计、北斗卫星导航、信号处理电路、通信、电源等集成在一起，采用卡尔曼滤波多信息融合 算法，深度融合卫星导航、地磁导航、惯性导航等信息，构成微型组合导航系统，能够使导航 系统功能更多，导航精度更高，实现了导航系统的微小型化，并且功耗低、成本低，提高了导 航系统精度，增强了抗干扰能力;从而满足现代化导航的需求。
[0009]
【附图说明】
[0010] 图1为本专利的多信息深组合导航微系统的示意图。
[0011] 图2为本专利的多信息深组合导航微系统的导航方法的流程图。
[0012]
【具体实施方式】
[0013] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0014] 实施例：参见图1，一种多信息深组合导航微系统，包括三轴MEMS陀螺芯片组、三轴 加速度芯片组、卫星导航芯片、磁场计、高度计、信号驱动解调及放大电路、多通道ADC芯片、 导航解算电路以及电源管理电路。
[0015] 所述三轴MEMS陀螺芯片组、三轴加速度芯片组、磁场计以及高度计经信号驱动解 调及放大电路后与多通道ADC芯片相连，通过多通道ADC芯片将数据输送到导航解算电路。
[0016] 卫星导航芯片同时与多通道ADC芯片及导航解算电路相连，从而与多通道ADC芯片 及导航解算电路进行数据交换。
[0017] 所述电源管理电路为三轴MEMS陀螺芯片组、三轴加速度芯片组、卫星导航芯片、磁 场计、高度计、信号解调及放大电路、多通道ADC芯片以及导航解算电路供电。
[0018] 所述导航微系统与载体系统连接，用于获取载体的位置、姿态及时间信息；同时， 该导航微系统与载体控制计算机连接，用于获取载体的导航、制导信息。
[0019] 所述导航解算电路包括卫星导航解算电路、微惯性导航解算电路、地磁导航解算 电路以及高度测量解算电路，完成卫星导航解算、微惯性导航解算、地磁导航解算、高度测 量解算、卫星导航与惯性导航深组合卡尔曼(KALMAN)滤波计算等工作。
[0020] 导航解算电路是本系统的核心控制单元，内部模块是深耦合方案，包括逻辑单元 (PL)和ARM数字信号处理单元。其中逻辑单元主要负责卫星导航相关信号捕获、本地载波码 产生、超前滞后相关器、相关器累积输出、鉴相函数、通道滤波器、跟踪计算、逻辑电路、时序 电路、I/O控制等。
[0021] 微型导航解算电路包括ARM1数据处理模块和ARM2数据处理模块，ARM1主要进行卫 星导航跟踪环路控制、卫星导航伪距、伪距率计算、星历计算、惯性导航解算、KALMAN组合导 航滤波器等计算;ARM2主要进行陀螺、加速度计信号采集、惯性测量单元aMU)计算、地磁导 航计算、高度计计算、接收输入指令、输出导航参数等计算。
[0022]该导航微系统架构具体可分为物理传感层、导航算法融合、修正基准层、链路接口 层，其中： 物理传感层，是本微系统的各个物理功能单元，包括惯性测量单元、高