CN208488105U - 导航单元以及导航装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种导航单元以及导航装置；导航单元包括微处理器、GNSS定位定向板卡、惯性测量单元、三轴磁力计以及无线网络通信模块；GNSS定位定向板卡、惯性测量单元、三轴磁力计以及无线网络通信模块分别与微处理器连接；无线网络通信模块还与参考站通信连接，GNSS定位定向板卡还与导航卫星通信连接；一种导航装置，包括外壳和上述的导航单元，导航单元固定于外壳内；外壳与无人机机体连接；上述导航单元以及导航装置在GNSS的卫星信号被遮挡，导致GNSS定位定向板卡处于失锁状态的时候，使用惯性测量单元输出的惯性导航定位结果维持定位的连续性，提高导航单元或导航装置的定位结果的连续性和实时性。

Description

导航单元以及导航装置

技术领域

本实用新型涉及导航技术领域，特别是涉及一种导航单元以及导航装置。

背景技术

随着GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航***)的不断发展、完善，GNSS已经成为当今获得高精度定位结果的主要手段，但是，GNSS接收机需要接收足够多的卫星信号才能实现定位，一旦卫星信号被遮挡，将导致GNSS接收机接收的卫星信号减少，造成GNSS接收机失锁无法完成定位，导致定位结果的连续性以及实时性大大降低。

例如，无人机多选择GNSS的定位定向结果作为基准进行航迹规划，但是，若在飞行途中遇到GNSS信号干扰、信号突变等因素造成GNSS导航装置失锁，导致无人机航向和位置精度会迅速降低，且再次进入GNSS导航状态所需时间较长，GNSS导航装置的定位结果的连续性和实时性差的缺陷严重影响无人机飞行安全，甚至会导致无人机“炸机”。

实用新型内容

基于此，有必要针对GNSS导航装置的定位结果的连续性和实时性差问题，提供一种导航单元以及导航装置。

一种导航单元，包括微处理器、GNSS定位定向板卡、惯性测量单元、三轴磁力计以及无线网络通信模块；

所述GNSS定位定向板卡、所述惯性测量单元、所述三轴磁力计以及所述无线网络通信模块分别与所述微处理器连接；

所述无线网络通信模块还与参考站通信连接，所述GNSS定位定向板卡还与导航卫星通信连接。

在其中一个实施例中，所述惯性测量单元包括三轴加速度计以及三轴陀螺仪；所述三轴加速度计的输出端和所述三轴陀螺仪的输出端分别与所述微处理器连接。

在其中一个实施例中，还包括存储模块；所述存储模块与所述微处理器连接。

在其中一个实施例中，还包括电源模块；所述GNSS定位定向板卡、所述惯性测量单元、所述三轴磁力计以及所述微处理器分别与所述电源模块连接。

上述导航单元中GNSS定位定向板卡、惯性测量单元、三轴磁力计以及无线网络通信模块分别与微处理器连接，组成GNSS与惯性导航***组合导航***，惯性导航***使用惯性测量单元测量的载体的物理量，无需外部观测值作为输入，在GNSS的卫星信号被遮挡，导致GNSS定位定向板卡处于失锁状态的时候，能够通过使用惯性测量单元输出的惯性导航定位结果维持定位的连续性，提高导航单元的定位结果的连续性和实时性。

一种导航装置，包括外壳和上述的导航单元；所述导航单元固定于所述外壳内；所述外壳与无人机机体连接。

在其中一个实施例中，导航装置还包括螺柱；所述导航单元通过所述螺柱固定于所述外壳内。

在其中一个实施例中，导航装置还包括橡胶垫，所述橡胶垫套设于所述螺柱上，并与所述导航单元相抵。

在其中一个实施例中，所述外壳包括铝制外壳。

在其中一个实施例中，还包括中空垫，所述外壳通过所述中空垫与所述无人机机体连接。

在其中一个实施例中，所述中空垫由高分子粘弹性材料制成。

上述导航装置中，使用包括GNSS定位定向板卡、惯性测量单元、三轴磁力计、无线网络通信模块以及微处理器的导航单元，在GNSS的卫星信号被遮挡，导致GNSS定位定向板卡处于失锁状态的时候，使用惯性测量单元输出的惯性导航定位结果维持定位的连续性，提高导航单元的定位结果的连续性和实时性，以提高无人机的飞行安全性。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例中导航单元的结构示意图；

图2为本实用新型另一个实施例中导航单元的结构示意图；

图3为本实用新型又一个实施例中导航单元的结构示意图；

图4为本实用新型一个实施例中导航装置的结构示意图；

图5为本实用新型一个实施例中中空垫的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型的保护范围。

参见图1，图1为本实用新型一个实施例中导航单元的结构示意图。本实施例中，导航单元110包括微处理器111、GNSS定位定向板卡112、惯性测量单元113、三轴磁力计114以及无线网络通信模块115：GNSS定位定向板卡112、惯性测量单元113、三轴磁力计114以及无线网络通信模块115分别与微处理器111连接；无线网络通信模块115还与参考站30通信连接，GNSS定位定向板卡112还与导航卫星40通信连接。

本实施例中，GNSS定位定向板卡112可以是GNSS双天线定位定向板卡；参考站30可以是连续运行参考站(Continuously Operating Reference Stations，CORS)，也可以是基准站；惯性测量单元113以及三轴磁力计114分别通过I2C(Inter-Integrated Circuit，集成电路总线)与微控制器111连接。

导航单元110通过GNSS定位定向板卡112、惯性测量单元113、三轴磁力计114以及无线网络通信模块115分别与微处理器111连接，组成GNSS与惯性导航***组合导航***，惯性导航***使用惯性测量单元113测量的载体的物理量，无需外部观测值作为输入，能够实现依据惯性导航结果剔除GNSS定位结果的跳点，提高定位精度，且在GNSS的卫星信号被遮挡，导致GNSS定位定向板卡处于失锁状态的时候，能够通过使用惯性导航定位结果维持定位的连续性，提高导航单元110的定位结果的连续性和实时性。由于惯性测量单元113的更新频率高，能够实现高频输出，与GNSS组成的导航单元能够实现对载体的动态跟踪，且惯性导航定位结果反应的是载体的三维姿态的实时输出，导航单元能够实现位置、速度、姿态的全状态输出。

参见图2，图2为本实用新型另一个实施例中导航单元的结构示意图。本实施例中，惯性测量单元113包括三轴加速度计1131和三轴陀螺仪1132；三轴加速度计1131的输出端和三轴陀螺仪1132的输出端分别与微处理器111连接。

本实施例中，惯性测量单元113包括三轴加速度计1131和三轴陀螺仪1132惯性敏感元件，三轴加速度计1131和三轴陀螺仪1132分别通过I2C与微处理器111连接，实时测量运载体相对于地面运动的加速度和角加速度，以确定运载体的位置和地球重力场参数的组合***，从而实现惯性定位。

在导航单元110的工作过程中，无线网络通信模块115用于接收连续运行参考站30差分数据，并传输至GNSS定位定向板卡；GNSS定位定向板卡用于接收导航卫星40发送的原始数据以及PPS(Pulse Per Second，每秒脉冲数)信号，并利用差分数据以及原始数据进行载波相位差分(Real-time kinematic，RTK)解算，获得GNSS定位结果；惯性测量单元113包括三轴加速度1131计以及三轴陀螺仪1132，用于获取加速度和角速度数据；三轴磁力计114用于获取磁力数据；微处理器111用于对GNSS定位定向板卡112、惯性测量单元113、三轴磁力计114的数据采集和器件配置，根据PPS信号对加速度数据、角速度数据和磁力数据添加时间戳，并进行组合导航解算。

需要说明的是，微处理器111、GNSS定位定向板卡112、惯性测量单元113、三轴磁力计114以及无线网络通信模块115均可以使用市面上成熟的硬件产品实现，例如，无线网络通信模块115可以使用4G模块，其中包括天线、SIM(Subscriber Identification Module)卡、信号处理单元等；微处理器111上运行的是常用的捷联解算和融合算法，可以通过常用的软件程序实现，本实用新型技术方案的实现，并不需要对软件程序做出任何改进。

参见图3，图3为本实用新型又一个实施例中导航单元的结构示意图。本实施例中，导航单元还包括存储模块116，存储模块116与微处理器111连接。

本实施例中，存储模块116可以是与微处理器111相连的TF(Trans-flash)卡，用于存储定位结果等数据。

在其中一个实施例中，导航单元110还包括电源模块117；GNSS定位定向板卡112、惯性测量单元113、三轴磁力计114以及微处理器111分别与电源模块117连接。

本实施例中，电源模块117用于为GNSS定位定向板卡112、惯性测量单元113、三轴磁力计114以及微处理器111提供工作电源，使导航单元(110)能够持续的工作。

在其中一个实施例中，本发明还提供一种导航装置；导航装置包括外壳120和上述任一个实施例中的导航单元110；导航单元110固定于外壳120内；外壳120与无人机机体连接。

本实施例中，导航单元110设置于外壳120内，外壳120的外表面与无人机机体连接；导航单元110通过外壳120安装于无人机机体上，外壳120能够有效保护导航单元110避免来自外部的损伤，以保证导航单元110的正常工作，保持导航单元110的定位结果的连续性和实时性，以提高无人机的飞行安全性，避免炸机的危险。

可选的，外壳120包括铝制外壳。采用铝制的外壳120增加了模块重量，在一定程度上降低无人机机体的局部振动对导航单元110导航测量数据的影响，减少机体振动对惯性量测单元测量各项数据产生的误差。

参见图4，图4为本实用新型一个实施例中导航模块的结构示意图。本实施例中，导航装置还包括螺柱130；所述导航单元110通过所述螺柱130固定于所述外壳120内。

本实施例中，导航单元110通过螺柱130与外壳120固定连接，有效降低外壳120的振动对导航单元110中惯性测量单元113的测量结果的影响，使惯性测量单元输出的惯性导航定位结果维持定位的连续性，提高导航单元110的定位结果的连续性和实时性，以提高无人机的飞行安全性。

在其中一个实施例中，导航模块还包括橡胶垫140，橡胶垫140套设于螺柱130上，并与导航单元110相抵。

本实施例中，在将导航单元110与外壳120固定连接的螺柱130上套设橡胶垫140，能够起到阻尼振动传导到导航单元110，降低无人机主体的振动、外壳120的振动对导航单元110中惯性测量单元113测量结果的影响。

在其中一个实施例中，导航装置还包括中空垫150，导航模块通过中空垫150与无人机机体连接。

本实施例中，参见图5，图5为本实用新型一个实施例中中空垫的结构示意图，中空垫150放置在导航模块底部，将导航模块同无人机机体隔离，降低无人机机体的振动对导航单元110中惯性测量单元113测量数据的影响。

可选的，中空垫150由高分子粘弹性材料制成。高分子粘弹性材料制成的中空垫150能够起到阻尼无人机机体振动的作用，降低无人机机体的振动对导航单元110导航测量数据的影响。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种导航单元，其特征在于，包括微处理器(111)、GNSS定位定向板卡(112)、惯性测量单元(113)、三轴磁力计(114)以及无线网络通信模块(115)；

所述GNSS定位定向板卡(112)、所述惯性测量单元(113)、所述三轴磁力计(114)以及所述无线网络通信模块(115)分别与所述微处理器(111)连接；

所述无线网络通信模块(115)还与参考站(30)通信连接，所述GNSS定位定向板卡(112)还与导航卫星(20)通信连接。

2.根据权利要求1所述的导航单元，其特征在于，所述惯性测量单元(113)包括三轴加速度计(1131)和三轴陀螺仪(1132)；所述三轴加速度计(1131)的输出端和所述三轴陀螺仪(1132)的输出端分别与所述微处理器(111)连接。

3.根据权利要求1所述的导航单元，其特征在于，还包括存储模块(116)；所述存储模块(116)与所述微处理器(111)连接。

4.根据权利要求1所述的导航单元，其特征在于，还包括电源模块(117)；所述GNSS定位定向板卡(112)、所述惯性测量单元(113)、所述三轴磁力计(114)以及所述微处理器(111)分别与所述电源模块(117)连接。

5.一种导航装置，其特征在于，包括外壳(120)和如权利要求1至4任一项所述的导航单元(110)；所述导航单元(110)固定于所述外壳(120)内；所述外壳(120)与无人机机体连接。

6.根据权利要求5所述的导航装置，其特征在于，还包括螺柱(130)；所述导航单元(110)通过所述螺柱(130)固定于所述外壳(120)内。

7.根据权利要求6所述的导航装置，其特征在于，还包括橡胶垫(140)，所述橡胶垫(140)套设于所述螺柱(130)上，并与所述导航单元(110)相抵。

8.根据权利要求5所述的导航装置，其特征在于，所述外壳(120)包括铝制外壳。

9.根据权利要求5至8任一项所述的导航装置，其特征在于，还包括中空垫(150)，所述外壳(120)通过所述中空垫(150)与所述无人机机体连接。

10.根据权利要求9所述的导航装置，其特征在于，所述中空垫(150)由高分子粘弹性材料制成。