[发明专利]超小型GPS/INS/磁强计/气压计组合导航系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于GPS、INS、磁强计和气压计的采用高度集成电路设计和独特安装结构的组合导航系统，属于组合导航技术领域。

背景技术

在众多传感器件中惯性传感器是一种非常重要的传感器，但到目前为止对传统惯性传感器的使用还仅仅局限于狭窄的范围内，如军事、航空和航海领域，这主要是因为这些领域中对传感器的成本和体积是几乎不需要考虑的，而对于许多其他领域来说，尽管都对惯性传感器有所需求，但由于各种原因(主要是成本的因素)，应用很少。然而，随着现代微电子与微加工工艺的迅速发展，一种面向21世纪的新兴技术——微机电系统(MEMS)应运而生。在此基础上，基于MEMS的微机械惯性传感器的出现和工艺的日渐成熟，使得它在民用领域具有广阔的应用前景。特别是它具有可靠性高、体积小、质量轻、功耗低等传统惯性传感器件无法比拟的优点。这些领域主要包括：民用车辆导航、小型灾难搜救机器人、汽车安全气囊装置、照相(摄像)设备的防抖动平台、GPS系统的备份系统、电子玩具、三维仿真、振动监测等。

这些领域种对导航系统有如下的要求：低成本，可以安装在狭小的空间内，能够依靠电池供电。而微机械传感器能轻易满足这些条件，易于被集成为嵌入式系统，方便使用。一般来说，通常的能测量6个自由度的传统惯性传感器一般需要10万元，而采用微机械传感器，其成本可以降至1万元以内甚至更低，而且体积可以显著变小，功耗更是降低到只需数瓦的程度。而且，相对于传统的机械惯性传感器来说，MEMS器件由于其采用硅微工艺，其可靠性及环境适应性得到了极大的提高，能承受大的冲击和振动，适用于较恶劣的环境，所以应用前景非常广阔。

但是由于MEMS器件本身的原因，使其组成的导航系统定位精度低，而且随时间发散很快。目前针对由微惯性器件组成微惯性导航系统(Micro inertial navigation system，MINS)的研究方向主要是采用组合、信息融合技术，依靠测量定位误差不随时间积累的辅助测量系统，提高MINS测量精度达到导航定位的要求。其中GPS就是一种理想的不随时间积累的辅助测量系统。它是一个全球、全天候的高精度导航定位系统，其误差不随时间积累。这种方法成本低、周期短、效果好，已成为研究的一大热点，并已产生很多成功的应用范例。

目前国外，Honeywell、Draper、Crossbow等公司以及Stanford、Calgary、MIT等大学均在该领域投入了大量的人力和财力。除了提高INS/GPS组合导航系统的定位精度外，大多都采用自对准的技术来提高航向精度，取得了很多进展。但是在导航过程中不能一直依靠载体的机动性来提高航向角信息。在国内，近年来这项技术也是众多机构研究的热点。虽然现在的平面定位精度依靠GPS达到了米级的测量精度，而且不随时间积累等优点，但是高度误差却在十几米甚至更高的水平，而且不能抑制航向角误差的发散。最主要的是这些系统大多都是体积大，功耗高，无法应用于狭小安装空间和低负载的载体。

虽然目前有人使用磁强计来辅助计算INS/GPS导航系统的航向问题，但是一般都是引入外部磁强计信息，在传输过程中会受到一定的干扰，而且因为不是集成在一起的安装误差也会大大降低解算精度。由此可见，目前基于MEMS器件的INS/GPS组合导航系统的的主要问题就是集成度不高、精度差，而且结构设计不合理，体积大，算法不够精确，难以满足微小型设备的导航需求。

发明内容

本发明目的在于克服现有组合导航系统体积大、功耗高、精度低等不足，设计一种超小体积、低功耗、重量轻、可靠性高和高度误差不发散的高集成度GPS/INS/磁强计/气压计组合导航系统。

本发明目的技术方案为：一种超小型GPS/INS/磁强计/气压计组合导航系统，其特征在于：包括GPS子系统、INS子系统、磁强计子系统、气压计子系统、导航计算机和低压差稳压源模块；该导航计算机对各个子系统输出的数据信息进行处理，然后经过扩展kalman融合滤波器输出载体的位置、速度和姿态信息；低压差稳压源模块分别独立向GPS子系统、INS子系统、磁强计子系统、气压计子系统和导航计算机供电；