基于LEA-6R的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要 為了在隧道，城市高樓間能快速獲得理想的GPS定位數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于U—Blox公司LEA-6R芯片的高靈敏度傳感器組合慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，文中介紹了外圍電路，天線監(jiān)管電路和在WinCE6系統(tǒng)下的程序設(shè)計(jì)、實(shí)踐證明，在衛(wèi)星不可見(jiàn)的情況下，該系統(tǒng)仍能在隧道和城市高樓中不間斷地計(jì)算出準(zhǔn)確的定位數(shù)據(jù)。其定位精度滿足正常的需求。
關(guān)鍵詞 陀螺儀；慣性導(dǎo)航；UBX協(xié)議；通訊

現(xiàn)代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是目前世界上最先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)之一?，F(xiàn)代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度高，但無(wú)法連續(xù)提供運(yùn)載體位置信號(hào)，同時(shí)，當(dāng)運(yùn)載體產(chǎn)生劇烈動(dòng)作或當(dāng)導(dǎo)航星全球定位系統(tǒng)信噪較低時(shí)定位精度將大幅降低。慣性導(dǎo)航是完全自主式的導(dǎo)航技術(shù)，慣性導(dǎo)航僅僅依靠陀螺儀等設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)航。但慣性導(dǎo)航的誤差將隨時(shí)間而發(fā)散。將衛(wèi)星定位系統(tǒng)與傳感器慣性導(dǎo)航技術(shù)組合，組合后的衛(wèi)星／慣性導(dǎo)航系統(tǒng)能改善導(dǎo)航位置和速度信息的精度，從而改善導(dǎo)航系統(tǒng)性能。作為車(chē)載導(dǎo)航時(shí)，在衛(wèi)星不可見(jiàn)的隧道、地下停車(chē)場(chǎng)，城市的高樓間，仍將取得較好的定位數(shù)據(jù)。衛(wèi)星／慣性組合定位系統(tǒng)是目前導(dǎo)航系統(tǒng)重要的研究?jī)?nèi)容之一。
U—Blox公司提供的LEA-6R GPS芯片，將外部傳感器的信號(hào)和接收到的GPS信號(hào)相組合，較好地提供了實(shí)現(xiàn)GPS和傳感器慣性導(dǎo)航技術(shù)組合的平臺(tái)。

1 車(chē)載傳感器組合慣性導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1．1 LEA-6 R
U—Blox公司的產(chǎn)品是全球靈敏度最高的民用級(jí)芯片，跟蹤靈敏度可達(dá)-162 dBm。產(chǎn)品支持標(biāo)準(zhǔn)NMEA Protocol協(xié)議和公司自定義精簡(jiǎn)的UBX Protocol通訊協(xié)議。在該公司的KichStart×信號(hào)捕獲加速引擎的支持下，可快速捕獲微小的信號(hào)。LEA-6R能實(shí)現(xiàn)2．5 m高精度GPS／1 m伽利略雙系統(tǒng)混合精確定位，并采用革新的多徑檢測(cè)以及消除技術(shù)，在高動(dòng)態(tài)環(huán)境、5 Hz的數(shù)據(jù)刷新率下，仍能保持較高的定位精度。LEA-6R芯片內(nèi)部的Flash中集成了U—Blox公司專(zhuān)用的傳感器與慣性導(dǎo)航融合技術(shù)。通過(guò)將高性能U—Blox 6定位引擎與U—Blox的慣性導(dǎo)航技術(shù)相結(jié)合，配以少量的外圍傳感器電路，即可在隧道、深度室內(nèi)和高樓林立的城區(qū)等地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)不間斷地精確導(dǎo)航。
1．2 系統(tǒng)組成
LEA-6R芯片與有源天線、天線監(jiān)測(cè)電路、方向傳感器、陀螺儀、溫度傳感器、里程計(jì)共同構(gòu)成傳感器組合慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。LEA-6R和U—Blox公司其他系列芯片相同，都具有USB接口，R-232接口，可方便的與主機(jī)通訊。LEA-6R總體框圖如圖1所示。

1．3 天線監(jiān)測(cè)電路設(shè)計(jì)
LEA-6R支持無(wú)源天線和有源天線。有源天線的內(nèi)部設(shè)有一個(gè)低噪聲放大器(LNA)，用于補(bǔ)償信號(hào)的衰減，提高信號(hào)的信噪比，增加CPS的靈敏度。在采用有源天線的同時(shí)，為防止有源天線內(nèi)部的放大器短路和開(kāi)路時(shí)損壞或影響GPS的正常工作，LEA-6R內(nèi)部設(shè)置了天線監(jiān)管器，提供了天線關(guān)斷及短路檢測(cè)功能。開(kāi)路檢測(cè)由外部電路輸入到AADET—N端進(jìn)行檢測(cè)完成。GPS內(nèi)部的天線監(jiān)管器和外圍的開(kāi)路檢測(cè)電路，能有效地防止有源天線在短路或開(kāi)路時(shí)損壞GPS芯片。天線監(jiān)管電路如圖2所示。