[发明专利]一种用于数据复现的惯性/卫星组合导航演示验证系统

说明书

技术领域

本发明涉及组合导航技术领域，可以应用于POS(Position and Orientation System，位置姿态测量系统)演示、验证实验,尤其涉及一种用于数据复现的惯性/卫星组合导航演示验证系统。

背景技术

在惯性/卫星组合导航系统中，POS是航空对地观测系统完成测绘任务必不可少的关键通用设备，可为各类观测载荷提供位置、速度和姿态基准。它由高精度惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，IMU)、全球定位系统(Global Positioning System，GPS)、POS计算机(POS Computer System，PCS)、POS后处理软件四部分组成。惯性测量单元敏感载体的运动，将陀螺和加速度计的敏感信息转化为数字信息发送到PCS进行捷联解算。同时PCS接收GPS的位置和速度信息，与捷联解算结果进行实时信息融合，将变化增量经过卡尔曼滤波器、反馈误差控制迭代运算为成像载荷提供实时位置、速度和姿态信息，生成并存储实时导航数据。

惯性/卫星组合导航能够充分利用惯性导航和卫星导航的优点。比如，惯性导航最显著的优点是完全独立自主的提供多种较高精度的导航参数(位置、速度、姿态)。同时，具有短时精度高、输出频率高、自主性强、动态范围大等特点。

惯性导航中出现的误差随时间累积，不适合长时间单独导航。卫星导航可以提供位置、速度信息，而且精度高，误差不累积，但是无法获得姿态信息。所以，惯性/卫星组合导航可以有效的利用GPS误差与时间无关，能长时间、全天候获取高精度位置和速度的优势，弥补惯性导航的缺点，使组合后导航系统性能大幅提高。

但是惯性/卫星组合导航系统价格昂贵，使用过程造成硬件物理损耗。而且许多的惯性/卫星组合导航方面新算法由于缺少充分的实验验证而无法应用。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明的主要目的在于提供一种用于数据复现的惯性/卫星组合导航演示验证系统，用数据收发模块代替了真实的IMU和GPS接收机，降低了系统的物理损耗，提高了使用寿命，离线动态复现了系统运动状态，能够演示、验证导航新算法。

本发明一方面提供了一种用于数据复现的惯性/卫星组合导航演示验证系统，包括：数据收发模块、导航计算机模块和数据显示模块；

所述数据收发模块，利用串口程序读取IMU数据和GPS数据，并利用握手信号设置函数控制串口3的DTR引脚出模拟秒脉冲，将IMU数据以200Hz的频率通过串口1、GPS数据以1Hz的频率通过串口2发送至导航计算机模块；

所述导航计算机模块，用于接收数据收发模块发送的IMU数据和GPS数据，缓存后采用主从DSP的工作模式进行数据处理；包括FPGA子模块和DSP子模块，FPGA子模块用于接收数据收发模块发送的IMU数据和GPS数据，将所述的IMU数据和GPS数据缓存后发送至DSP子模块；DSP子模块采用主从DSP工作模式，负责IMU数据和GPS数据的数据处理；

所述数据显示模块，用于将导航计算机模块处理后的数据在显示界面显示出来，离线动态复现运动状态，评估导航演示验证新算法的精度。

进一步的，所述利用握手信号设置函数控制串口3的DTR引脚输出模拟秒脉冲，包括：

串口程序单元先设置定时器，之后在定时器的响应事件中设置握手信号设置函数，控制串口3的DTR引脚输出3.3V高电平信号，并调用高精度定时函数不断查询时钟周期；1毫秒后，控制串口3的DTR引脚输出低电平信号，从而实现模拟秒脉冲。

进一步的，所述DSP子模块，包括：

主DSP单元，用于负责IMU数据误差补偿、GPS数据解包、捷联解算，并将外部存储器接口EMIF和从DSP单元的并行主机接口HPI相连，将捷联解算结果和GPS数据发送至从DSP单元，并利用接收的从DSP单元发送的滤波估值对捷联解算结果进行反馈校正；

从DSP单元，用于负责捷联解算结果和GPS数据组合滤波，并将滤波估值发送至主DPS单元。

进一步的，所述评估导航演示验证新算法的精度，包括：

将导航计算机模块嵌入的算法和数据显示模块运行的导航演示验证新算法以相同的频率处理数据，以导航计算机模块嵌入的算法为导航演示验证新算法的参考基准，生成误差曲线图，通过误差曲线图求出误差曲线图中各误差量的标准差，评估导航演示验证新算法的精度。