CN104808233A - 一种基于北斗rnss的高精度航向测量方法、装置及*** - Google Patents

一种基于北斗rnss的高精度航向测量方法、装置及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于北斗RNSS的高精度航向测量方法、装置及***，在利用原北斗RNSS的航向信息的基础上，增加了辅助模块确定的航向信息。在北斗RNSS能够正常工作时，即能够获得RNSS的航向信息时，利用两个航向信息结合运算得到最终的航向信息。因此，相对于只采用北斗RNSS获取航向信息来说，本方案获得的结果更精确。而且，即使北斗RNSS卫星处于失锁状态，也能够利用辅助模块获得航向信息，继续对受测设备进行航向测量的目的。

Description

一种基于北斗RNSS的高精度航向测量方法、装置及***
技术领域
本发明涉及定位导航技术领域，具体是一种基于北斗RNSS的高精度航向测量方法、装置及***。
背景技术
现有的基于北斗RNSS(Radio Navigation Satellite System)的航向测量设备包括主、副两个天线，如图1所示，通过接收北斗卫星导航***的定位信息确定两个天线的当前位置，进而确定受测设备的航向信息，其中航向信息即为航向角HRNSS。从图中可以得出，只要得到准确的主天线和副天线的位置信息，就可以确定两个位置点所在的直线与正北方向之间的航向角，即可得出航向信息。
由于仅仅通过主、副天线的位置确定当前航向，因此测量精度受天线定位精度影响非常大。另外，当主天线和副天线之间的距离较远时，根据这种方式获得的航向信息准确度还比较高，而当两天线之间的距离较近时，其获得的航向信息与每一天线的位置信息的精确度关联非常大，任一个位置稍微有偏差都会对得到的航向角产生很大的影响。因此，现有技术中的上述方案很难实现高精度短基线的航向测量。而且当北斗RNSS卫星失锁时，设备无法提供正确的航向信息。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的基于北斗RNSS的航向测量设备无法实现高精度、短基线的航向测量，并且在北斗RNSS卫星失锁时，无法提供正确的航向信息。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种基于北斗RNSS的高精度航向测量方法，包括如下步骤：
获取辅助模块发送的第二航向信息Hgyro；
判断是否获取到主、副天线的当前位置；
若未获取到，则将所述第二航向信息Hgyro作为最终航向信息Hz；
若获取到，则根据所述主、副天线的当前位置获取第一航向信息HRNSS；
根据所述第一航向信息HRNSS和所述第二航向信息Hgyro获取最终航向信息Hz。
优选地，上述基于北斗RNSS的高精度航向测量方法，所述根据所述第一航向信息HRNSS和所述第二航向信息Hgyro获取最终航向信息Hz中，通过以下方式获取最终航向信息Hz：
若|HRNSS-Hgyro|＞Hth，则将HRNSS作为最终航向信息Hz；否则Hz＝(HRNSS+Hgyro)/2，其中Hth为预设的阈值。
本发明还提供一种基于北斗RNSS的高精度航向测量装置，包括：
数据获取单元，用于获取辅助模块发送的第二航向信息Hgyro；
判断单元，用于判断是否获取到主、副天线的当前位置；
数据分析单元，用于在所述判断单元判断获取到主、副天线的当前位置时，根据所述主、副天线的当前位置获取第一航向信息HRNSS；
航向信息确定单元，用于在所述判断单元判断未获取到主、副天线的当前位置时，将所述第二航向信息Hgyro作为最终航向信息Hz；在所述判断单元判断获取到主、副天线的当前位置时，根据所述第一航向信息HRNSS和所述第二航向信息Hgyro获取最终航向信息Hz。
优选地，上述基于北斗RNSS的高精度航向测量装置，所述航向信息确定单元，在所述判断单元判断获取到主、副天线的当前位置时，通过以下方式获取最终航向信息Hz：
若|HRNSS-Hgyro|＞Hth，则将HRNSS作为最终航向信息Hz；否则Hz＝(HRNSS+Hgyro)/2，其中Hth为预设的阈值。
本发明还提供一种基于北斗RNSS的高精度航向测量***，包括上述的航向测量装置，以及主、副天线、辅助模块、主控模块、数据传输模块；其中：
所述航向测量装置，与所述辅助模块通讯连接，接收所述辅助模块发送的第二航向信息Hgyro；
所述航向测量装置，与所述主、副天线通讯连接，接收所述主、副天线发送的主、副天线的当前位置；当接收不到主、副天线的当前位置时，则将所述第二航向信息Hgyro作为最终航向信息Hz；当接收到所述主、副天线的当前位置时，根据所述主、副天线的当前位置获取第一航向信息HRNSS；并根据所述第一航向信息HRNSS和所述第二航向信息Hgyro获取最终航向信息Hz；
所述主控模块，与所述航向测量装置通讯连接，接收所述航向测量装置发送的最终航向信息Hz，并通过所述数据传输模块将所述最终航向信息Hz发送至需要确定航向的设备。
优选地，上述基于北斗RNSS的高精度航向测量***，所述辅助模块包括高精度陀螺仪和A/D转换单元，其中：
所述高精度陀螺仪获得航向信息；
所述A/D转换单元，将所述高精度陀螺仪获得的航向信息转换为数字信号形式的第二航向信息Hgyro，并将其发送至所述航向测量装置。
优选地，上述基于北斗RNSS的高精度航向测量***，还包括显示模块，所述显示模块与所述主控模块连接，用于在所述主控模块的控制下显示***工作状态，所述***工作状态包括电源供电状态和RNSS定向状态。
优选地，上述的基于北斗RNSS的高精度航向测量***，所述主控模块的最大主频至少为100MHz，且具有至少四路通用异步收发传输器。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明所述的基于北斗RNSS的高精度航向测量方法、装置及***，在利用原北斗RNSS的航向信息的基础上，增加了辅助模块确定的航向信息。在北斗RNSS能够正常工作时，即能够获得RNSS的航向信息时，利用两个航向信息结合运算得到最终的航向信息。因此，相对于只采用北斗RNSS获取航向信息来说，本方案获得的结果更精确。而且，即使北斗RNSS卫星处于失锁状态，也能够利用辅助模块获得航向信息，继续对受测设备进行航向测量的目的。
(2)本发明所述的基于北斗RNSS的高精度航向测量方法、装置及***，利用高精度陀螺仪作为辅助模块获取航向信息，其具有精度高且不会受到磁场影响的优势。
(3)本发明所述的基于北斗RNSS的高精度航向测量方法、装置及***，采用的主控模块最大主频至少为100MHz，可以充分满足***协议解析和各模块实时监控的要求。且具有至少四路通用异步收发传输器，能够保证***可与其他设备进行数据传输。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是现有技术北斗RNSS***确定航向信息的方法示意图；
图2是本发明一个实施例所述的基于北斗RNSS的高精度航向测量方法的流程图；
图3是本发明一个实施例所述的基于北斗RNSS的高精度航向测量装置的原理框图；
图4是本发明一个实施例所述的基于北斗RNSS的高精度航向测量***原理框图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种基于北斗RNSS的高精度航向测量方法，如图2所示，包括如下步骤：
S1：获取辅助模块发送的第二航向信息Hgyro。
S2：判断是否获取到主、副天线的当前位置，若未获取到则进入步骤S3，若获取到则进入步骤S4。
S3：若未获取到，则将所述第二航向信息作为最终航向信息Hz。
S4：若获取到，则根据所述主、副天线的当前位置获取第一航向信息HRNSS。此过程与现有技术中的获取方式相同，在此不做详述。
S5：根据所述第一航向信息HRNSS和所述第二航向信息Hgyro获取最终航向信息Hz。
在步骤S5中，可以选择的运算方式有很多种，最简单的可以直接采用两个测量结果取平均值，或者为两个结果设置权重，加权求平均值。也可以进行多次仿真实验后，得到两个测量结果与实际结果之间的曲线关系，得到三者的函数关系等。本实施例中，可以通过以下方式获取最终航向信息Hz：
若|HRNSS-Hgyro|＞Hth，则将HRNSS作为最终航向信息Hz；否则Hz＝(HRNSS+Hgyro)/2，其中Hth为预设的阈值，可根据精度需要来设定。
本实施例提供的上述方案，在利用原北斗RNSS的航向信息的基础上，增加了辅助模块确定的航向信息。在北斗RNSS能够正常工作时，即能够获得RNSS的航向信息时，利用两个航向信息结合运算得到最终的航向信息。因此，相对于只采用北斗RNSS获取航向信息来说，本方案获得的结果更精确。而且，即使北斗RNSS卫星处于失锁状态，也能够利用辅助模块获得航向信息，继续对受测设备进行航向测量的目的。
实施例2
本实施例提供一种基于北斗RNSS的高精度航向测量装置，如图3所示，包括：
数据获取单元101，用于获取辅助模块发送的第二航向信息Hgyro。
判断单元102，用于判断是否获取到主、副天线的当前位置。
数据分析单元103，用于在所述判断单元102判断获取到主、副天线的当前位置时，根据所述主、副天线的当前位置获取第一航向信息HRNSS。此过程与现有技术中的获取方式相同，在此不做详述。
航向信息确定单元104，用于在所述判断单元102判断未获取到主、副天线的当前位置时，将所述第二航向信息Hgyro作为最终航向信息Hz。在所述判断单元102判断获取到主、副天线的当前位置时，根据所述第一航向信息HRNSS和所述第二航向信息Hgyro获取最终航向信息Hz。
所述航向信息确定单元104，在所述判断单元102判断获取到主、副天线的当前位置时，根据第一航向信息和第二航向信息获取最终航向信息的方式很多，最简单的可以直接采用两个测量结果取平均值，或者为两个结果设置权重，加权求平均值。也可以进行多次仿真实验后，得到两个测量结果与实际结果之间的曲线关系，得到三者的函数关系等。本实施例中，通过以下方式获取最终航向信息Hz：
若|HRNSS-Hgyro|＞Hth，则将HRNSS作为最终航向信息Hz；否则Hz＝(HRNSS+Hgyro)/2，其中Hth为预设的阈值，可根据精度需要来设定。
本实施例提供的上述方案，能够实现高精度短基线航向测量目的。而且，当北斗RNSS卫星处于失锁状态，也能够利用辅助模块获得航向信息，继续对受测设备进行航向测量的目的。
实施例3
本实施例提供一种基于北斗RNSS的高精度航向测量***，如图4所示，包括实施例2所述的航向测量装置1，以及主天线2、副天线3、辅助模块4、主控模块5、数据传输模块6；还包括电源模块7和显示模块8，其中电源模块7分为AC-DC电源模块及DC-DC电源模块，可将AC220V交流电源转化为5V和3.3V两种直流电源，分别给各个模块供电。所述电源模块7还集成有过流保护电路，EMI滤波电路，整流滤波电路，2500V隔离电压变换器，输出短路、过负荷、内部过热保护电路，为***提供纯净安全的直流电源。
所述航向测量装置1，与所述辅助模块4通讯连接，接收所述辅助模块4发送的第二航向信息Hgyro。
所述航向测量装置1，与所述主天线2和副天线3通讯连接，接收所述主、副天线发送的主、副天线的当前位置；当接收不到主、副天线的当前位置时，则将所述第二航向信息Hgyro作为最终航向信息Hz；当接收到主、副天线的当前位置时，根据所述主、副天线的当前位置获取第一航向信息HRNSS；并根据所述第一航向信息HRNSS和所述第二航向信息Hgyro获取最终航向信息Hz。
所述主控模块5，与所述航向测量装置1通讯连接，接收所述航向测量装置1发送的最终航向信息Hz，并通过所述数据传输模块6将所述最终航向信息Hz发送至需要确定航向的设备。所述数据传输模块6采用美国TI公司工业级芯片，可支持一路RS422输出。1PPS秒脉冲信号可经接口转换，输出标准RS422信号。
如图所示，所述辅助模块4包括高精度陀螺仪41和A/D转换单元42，其中：
所述高精度陀螺仪41获得航向信息。所述A/D转换单元42，将所述高精度陀螺仪41获得的航向信息转换为数字信号形式的第二航向信息Hgyro，并将其发送至所述航向测量装置1。利用高精度陀螺仪作为辅助模块获取航向信息，其具有精度高且不会受到磁场影响的优势。
优选地，所述航向测量***还包括显示模块8，所述显示模块8与所述主控模块5连接，用于在所述主控模块5的控制下显示***工作状态，所述***工作状态包括电源供电状态和RNSS定向状态，RNSS定向状态是指主控模块获取正确的定向信息的状态，显示模块8可以利用发光二极管实现。
进一步优选地，所述主控模块5的最大主频至少为100MHz，且具有至少四路通用异步收发传输器。可以采用32位ARM内核LPC1768。主控模块5接收由航向测量装置1所发送的最终航向信息，将其按照相关通信协议处理后通过数据传输模块6发送给其他设备并控制显示模块8对设备当前工作状态进行显示。
当航向测量装置1接收到北斗RNSS卫星信号时，航向测量装置1获取主、副天线的定位信息并通过解算得到第一航向信息HRNSS，高精度陀螺仪将测得航向信息经A/D转换模块转换后输出第二航向信息Hgyro，航向测量装置1块将HRNSS和Hgyro相结合以计算改善后的最终航向信息Hz并将最终航向信息Hz发送给主控模块5；当北斗RNSS卫星失锁时，航向测量装置1直接将高精度陀螺仪测得的第二航向信息Hgyro发送给主控模块。
本实施例是在现有技术的基础上，在原北斗RNSS导航定位信息处理***中加入高精度陀螺仪进行辅助测向，将通过北斗RNSS定位信息解算出的航向信息和通过高精度陀螺仪测得的航向信息相结合以计算改善后的航向信息，从而达到高精度短基线的航向测量目的；当北斗RNSS卫星失锁时，可还通过高精度陀螺仪继续进行航向测量。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

Claims (8)

1.一种基于北斗RNSS的高精度航向测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取辅助模块发送的第二航向信息Hgyro；
判断是否获取到主、副天线的当前位置；
若未获取到，则将所述第二航向信息Hgyro作为最终航向信息Hz；
若获取到，则根据所述主、副天线的当前位置获取第一航向信息HRNSS；
根据所述第一航向信息HRNSS和所述第二航向信息Hgyro获取最终航向信息Hz。
2.根据权利要求1所述的基于北斗RNSS的高精度航向测量方法，所述根据所述第一航向信息HRNSS和所述第二航向信息Hgyro获取最终航向信息Hz中，通过以下方式获取最终航向信息Hz：
若|HRNSS-Hgyro|＞Hth，则将HRNSS作为最终航向信息Hz；否则Hz＝(HRNSS+Hgyro)/2，其中Hth为预设的阈值。
3.一种基于北斗RNSS的高精度航向测量装置，其特征在于，包括：
数据获取单元，用于获取辅助模块发送的第二航向信息Hgyro；
判断单元，用于判断是否获取到主、副天线的当前位置；
数据分析单元，用于在所述判断单元判断获取到主、副天线的当前位置时，根据所述主、副天线的当前位置获取第一航向信息HRNSS；
航向信息确定单元，用于在所述判断单元判断未获取到主、副天线的当前位置时，将所述第二航向信息Hgyro作为最终航向信息Hz；在所述判断单元判断获取到主、副天线的当前位置时，根据所述第一航向信息HRNSS和所述第二航向信息Hgyro获取最终航向信息Hz。
4.根据权利要求3所述的基于北斗RNSS的高精度航向测量装置，其特征在于，所述航向信息确定单元，在所述判断单元判断获取到主、副天线的当前位置时，通过以下方式获取最终航向信息Hz：
若|HRNSS-Hgyro|＞Hth，则将HRNSS作为最终航向信息Hz；否则Hz＝(HRNSS+Hgyro)/2，其中Hth为预设的阈值。
5.一种基于北斗RNSS的高精度航向测量***，其特征在于，包括权利要求4所述的航向测量装置，以及主、副天线、辅助模块、主控模块、数据传输模块；其中：
所述航向测量装置，与所述辅助模块通讯连接，接收所述辅助模块发送的第二航向信息Hgyro；
所述航向测量装置，与所述主、副天线通讯连接，接收所述主、副天线发送的主、副天线的当前位置；当接收不到主、副天线的当前位置时，则将所述第二航向信息Hgyro作为最终航向信息Hz；当接收到所述主、副天线的当前位置时，根据所述主、副天线的当前位置获取第一航向信息HRNSS；并根据所述第一航向信息HRNSS和所述第二航向信息Hgyro获取最终航向信息Hz；
所述主控模块，与所述航向测量装置通讯连接，接收所述航向测量装置发送的最终航向信息Hz，并通过所述数据传输模块将所述最终航向信息Hz发送至需要确定航向的设备。
6.根据权利要求5所述的基于北斗RNSS的高精度航向测量***，其特征在于，所述辅助模块包括高精度陀螺仪和A/D转换单元，其中：
所述高精度陀螺仪获得航向信息；
所述A/D转换单元，将所述高精度陀螺仪获得的航向信息转换为数字信号形式的第二航向信息Hgyro，并将其发送至所述航向测量装置。
7.根据权利要求6所述的基于北斗RNSS的高精度航向测量***，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块与所述主控模块连接，用于在所述主控模块的控制下显示***工作状态，所述***工作状态包括电源供电状态和RNSS定向状态。
8.根据权利要求6所述的基于北斗RNSS的高精度航向测量***，其特征在于：
所述主控模块的最大主频至少为100MHz，且具有至少四路通用异步收发传输器。
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