[发明专利]单轴光纤陀螺仪设置在X轴的组合导航定位系统

说明书

本发明公开了单轴光纤陀螺仪设置在X轴的组合导航定位系统，属于组合导航技术领域，包括壳体、惯性测量装置、GNSS接收机、通信接口、数据采集与导航解算模块以及电源电路。惯性测量装置包括单轴光纤陀螺仪和MEMS惯性测量单元，MEMS惯性测量单元包括三轴MEMS陀螺仪和三轴MEMS加速度计，单轴光纤陀螺仪和MEMS惯性测量单元一体化封装，单轴光纤陀螺仪用于测量X轴的角速率；GNSS接收机包括双天线、射频前端处理模块、RTK定位及双天线定向解算模组，通信接口包括串行接口和对外接口，数据采集与导航解算模块包括FPGA和微处理器，对外接口连接FPGA和/或微处理器。本发明能满足自动驾驶汽车、工业机器人、无人机械等民用领域低成本、高精度定位的需求。

技术领域

本发明涉及组合导航技术领域，具体涉及单轴光纤陀螺仪设置在X轴的组合导航定位系统。

背景技术

惯性测量单元(Inertial measurement unit，简称IMU) 是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。一般的，一个IMU包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺仪，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺仪检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。

近年来，全球卫星导航系统（GNSS）和惯性导航系统（INS）发展迅速，应用领域越来越广泛。GNSS 和 INS 两种系统在导航定位方面具有各自的优缺点，GNSS/INS 紧组合导航定位系统充分发挥两者的优势，提高了系统的整体导航精度和性能，实现单导航系统无法比拟的导航优势，在实时导航、车载定位、移动导航等都领域得到广泛的发展和应用。

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，当所述光纤陀螺仪出现故障时，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。该发明专利中互为冗余设置的光纤陀螺仪和MEMS陀螺仪，未实现一体化封装。

发明内容

本发明的目的是提供一种单轴光纤陀螺仪设置在X轴的组合导航定位系统，在结合光纤陀螺仪和MEMS陀螺仪优点的基础上，对光纤陀螺仪和MEMS惯性测量单元实现了一体化封装。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

单轴光纤陀螺仪设置在X轴的组合导航定位系统，包括能围成封闭容纳腔的可拆卸壳体，还包括设置在壳体内的惯性测量装置、GNSS接收机、通信接口、数据采集与导航解算模块以及电源电路；

所述惯性测量装置包括单轴光纤陀螺仪和MEMS惯性测量单元，所述MEMS惯性测量单元包括三轴MEMS陀螺仪和三轴MEMS加速度计；所述单轴光纤陀螺仪和MEMS惯性测量单元一体化封装；所述单轴光纤陀螺仪用于测量X轴的角速率，所述三轴MEMS陀螺仪用于测量Y轴和Z轴的角速率，所述三轴MEMS加速度计用于测量三个正交轴上的加速度；

所述GNSS接收机包括双天线、射频前端处理模块、RTK定位及双天线定向解算模组，所述通信接口包括串行接口和对外接口，所述数据采集与导航解算模块包括FPGA和微处理器；

所述惯性测量装置、GNSS接收机都通过串行接口与FPGA连接，所述FPGA通过EMIF或FMC连接微处理器，所述微处理器有嵌入捷联惯导算法和基于卡尔曼滤波的INS/GNSS组合导航算法，所述对外接口连接FPGA和/或微处理器；

所述电源电路包括打开或关闭电源的控制电路、滤波电路和DC/DC转换电路，电源电路为惯性测量装置、GNSS接收机、通信接口以及数据采集与导航解算模块供电。