[发明专利]一种基于Zynq-7020的超紧耦合微系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于Zynq‑7020的超紧耦合微系统及导航方法。该系统包括GNSS定位导航模块、微惯性导航模块、以Zynq‑7020为平台的组合导航模块、电源模块以及上位机通信模块。方法为：微惯性导航模块提供解算后的载体的位置和速度信息，并根据卫星的星历信息计算出载体的伪距和伪距率；GNSS定位导航模块直接解算出伪距和伪距率；将计算的伪距和伪距率作差，作为量测信息在卡尔曼滤波器中进行滤波处理，最后将得到载体位置、速度和姿态的误差信息反馈给系统进行修正，得到最终的导航信息，并通过上位机通信模块进行实时导航信息的监控显示。本发明适用于高动态导航场景，在不同环境下有较强的抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及组合导航技术领域，特别是一种基于Zynq-7020的超紧耦合微系统及方法。

背景技术

GNSS导航系统在信号受干扰以及城市峡谷等信号遮挡情况下，导航性能严重下降；惯性导航系统受其原理限制，导航误差随时间而发散。GNSS和SINS的超紧耦合系统可以提高SINS系统的对准精度并降低其导航结果的发散，同时SINS可以增强GNSS捕获信号和跟踪卫星的能力，提高接收机的动态特性和抗干扰特性，从而提高整个组合导航系统的精度和可靠性。

目前，GNSS/SINS超紧组合导航系统结合了卫星导航、惯性导航的优点，具有定位精度高，稳定性强等特点。然而，现有研究多采用“接收机+MIMU+组合导航”的模式，各个模块是独立用不同的芯片处理的，这样导致系统的体积和功耗大、各个模块的信息交互复杂。此外，在高动态、弱信号、信号干扰等工作环境下，载体可能面临卫星信号失锁等情况，使超紧组合导航系统无法正常工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提供高精度导航的基于Zynq-7020的超紧耦合微系统及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于Zynq-7020的超紧耦合微系统，包括GNSS定位导航模块、微惯性导航模块、以Zynq-7020为平台的组合导航模块、电源模块以及上位机通信模块，其中：

所述GNSS定位导航模块，以Zynq-7020为平台，包括有源天线、晶振、射频模块、基带信号数字处理模块、卫星定位解算模块；其中射频模块对卫星信号进行放大、变频、滤波和模数转换，最终得到数字中频信号；基带信号数字处理模块对数字中频信号进行捕获、跟踪、位同步和帧同步处理；卫星定位解算模块获取卫星信号相关器中的多普勒频移信息、载波相位信息、以及卫星参数信息，通过解析卫星星历和历书信息计算出伪距和伪距率，进而计算出载体当前的位置、速度和时间信息；

所述微惯性导航模块，包括MIMU和惯导信息解算模块；其中MIMU内部的陀螺仪和加速度计测量输出原始的角速率和比力信息，并将原始数据发送给惯导信息解算模块，解算出载体的位置、速度、角速度、加速度和姿态角信息，最后将数据传送给GNSS定位导航模块、以Zynq-7020为平台的组合导航模块及上位机通信模块；

所述以Zynq-7020为平台的组合导航模块，包括卡尔曼滤波器；将微惯性导航模块和GNSS定位导航模块计算的伪距和伪距率作差，作为量测信息在卡尔曼滤波器中进行滤波处理，最后将得到载体位置、速度和姿态的误差信息反馈给系统进行修正，得到最终的导航信息。

一种基于Zynq-7020的超紧耦合微系统导航方法，包括以下步骤：

步骤1、GNSS定位导航模块的有源天线将接收到的GNSS电磁波信号转变为电流信号，经带通滤波器进入射频前端处理模块；射频前端处理模块对接收到的信号进行放大、变频、滤波和模数转换，最终得到数字中频信号，通过3线SPI接口，将CS、SCLK、SDATA按照指定的时序对片内寄存器进行配置；

步骤2、基带信号数字处理模块将数字中频信号提供给通道相关器，进行捕获、跟踪、位同步、帧同步和导航电文的处理，累加器锁存I、Q信号后触发累加中断；