一種北斗、gps、sins組合導航系統的制作方法

一種北斗、gps、sins組合導航系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種北斗、GPS、SINS組合導航系統，包括FPGA芯片、DSP芯片、晶振電路模塊、復位電路模塊、數據存儲器模塊、北斗及GPS接收處理模塊、SINS模塊、按鍵輸入電路模塊、時鐘電路模塊、顯示電路模塊、工作狀態指示燈和語音播放電路模塊，北斗及GPS接收處理模塊包括北斗GPS雙模天線、第一放大電路模塊、帶通濾波器模塊、中頻濾波器模塊和第一A/D轉換器模塊，中頻濾波器模塊的輸入端接有本地振蕩器；SINS模塊包括三軸陀螺儀、三軸加速度儀、第二放大電路模塊、第三放大電路模塊、多路選擇開關和第二A/D轉換器模塊。本實用新型集成度高，功耗低，工作穩定性和可靠性高，維護方便、簡單。
【專利說明】—種北斗、GPS、SI NS組合導航系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于導航定位【技術領域】，具體是涉及一種北斗、GPS、SINS組合導航系統。
【背景技術】
[0002]當今世界上一共存在四大全球衛星導航系統，其中包括美國的GPS，俄羅斯的GL0NASS，歐盟的Galileo和中國的北斗衛星導航系統。隨著北斗衛星導航系統的“三步走”部署開始實施，北斗衛星導航這個新興技術越來越受到各行各業的青睞。
[0003]現階段我國很多關系到國家安全的重要場合還是采用GPS作為主要導航手段和授時手段。盡管美國承諾將永遠無間斷的提供民用導航信號和默許免收專利使用費，但是我們應該清醒的認識到，衛星導航作為軍民雙重屬性的國家重大基礎設施，對基礎設施、經濟安全、國防軍事以及國際地位等國家重大戰略利益都具有重大和廣泛的影響力。一旦出現緊急情況或重大利益沖突，無論國防軍事還是社會經濟安全都將受到制肘甚至脅迫，這對國家利益的影響將是慘重的。屆時，采用GPS為主的授時領域如:電力系統、金融證券系統、移動通信系統將因為無法獲得統一的時間而工作混亂甚至癱瘓。交通運輸、人員等都可能因為無法獲得準確的位置服務而不能第一時間趕赴緊急地點。大批軍隊集結部署也會出現問題，精確制導武器將失去明亮的眼睛。如果這樣的事情發生，對我國的影響將是巨大的。國家和有關部門很清醒的認識到了這個問題，明確的提出了自主建設北斗衛星導航系統，并持續多年的投入。可以預見的到，在未來的幾年里，關系到國家安全的行業將最先普及北斗導航應用，保障國民生產生活的安全和穩定。經過各專業行業的規模性示范應用之后，將逐漸普及到大眾消費類市場，最終成為與GPS并駕齊驅的全球衛星導航系統，創造非常可觀的產值。
[0004]北斗導航終端與GPS、Galileo和GL0NASS相比，優勢在于短信服務和導航結合，增加了通訊功能；全天候快速定位，極少的通信盲區，精度與GPS相當。向全世界提供的服務都是免費的，在提供無源定位導航和授時等服務時，用戶數量沒有限制，且與GPS兼容，自主系統，高強度加密設計，安全、可靠、穩定，適合關鍵部門應用。但是，北斗系統對地面控制中心的依賴性大，一旦其地面中心控制系統受損，系統就不能繼續工作了 ；用戶設備必須包含發射機，因此其在便攜性和電池續航能力不是很理想。
[0005]GPS (全球定位系統)具有精度高，覆蓋范圍廣等特點，經過多年的發展，已經在軍事和民用導航領域得到了廣泛的應用，但是GPS是一種無線電導航系統，其動態性能和抗干擾能力較差，特別是在武器系統中，載體所處的環境是一種高動態和高干擾的環境，常規GPS接收導航設備很容易受到干擾，導致不能夠輸出連續的，高精度的導航定位信息。
[0006]SINS (捷聯慣性導航系統)是一種自主導航系統，能夠實時提供載體的位置、速度和姿態信息，在短時間內其精度很高，不容易受外界環境干擾。但是SINS的缺點就是誤差隨著時間的增大而積累，需要通過外界的觀測信息來不斷校正。
[0007]綜上所述，北斗導航終端、GPS導航和SINS導航單獨使用，都存在各自的缺陷和不足，在一些特殊的應用場合，例如高動態、強干擾、封閉性較強的空間下，不能很好地滿足使用需求。
實用新型內容
[0008]本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種北斗、GPS、SINS組合導航系統，其集成度高，體積小，功耗低，工作穩定性和可靠性高，維護方便、簡單，實用新強，便于推廣應用。
[0009]為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是:一種北斗、GPS、SINS組合導航系統，其特征在于:包括FPGA芯片和與FPGA芯片相接的DSP芯片，以及與DSP芯片相接的晶振電路模塊、復位電路模塊和數據存儲器模塊，所述FPGA芯片的輸入端接有北斗及GPS接收處理模塊和SINS模塊，所述北斗及GPS接收處理模塊包括依次相接的北斗GPS雙模天線、第一放大電路模塊、帶通濾波器模塊、中頻濾波器模塊和第一 Α/D轉換器模塊，所述中頻濾波器模塊的輸入端接有本地振蕩器；所述SINS模塊包括三軸陀螺儀、三軸加速度儀、與三軸陀螺儀相接的第二放大電路模塊和與三軸加速度儀相接的第三放大電路模塊，以及多路選擇開關和與多路選擇開關相接的第二 Α/D轉換器模塊，所述第二放大電路模塊和第三放大電路模塊均與多路選擇開關相接，所述第二 Α/D轉換器模塊的輸出端與FPGA芯片的輸入端相接；所述DSP芯片的輸入端接有按鍵輸入電路模塊和時鐘電路模塊，所述DSP芯片的輸出端接有顯示電路模塊、工作狀態指示燈和語音播放電路模塊，所述語音播放電路模塊由依次相接的D/Α轉換電路模塊、音頻模塊、功率放大電路模塊和揚聲器構成。
[0010]上述的一種北斗、GPS、SINS組合導航系統，其特征在于:所述FPGA芯片為Cyclone
V系列 FPGA 芯片 5CEFA9F23I7N。
[0011]上述的一種北斗、GPS、SINS組合導航系統，其特征在于:所述DSP芯片為芯片TMS320C6748BZCE3。
[0012]上述的一種北斗、GPS、SINS組合導航系統，其特征在于:所述數據存儲器模塊主要由FLASH數據存儲器芯片EPCS128N構成。
[0013]上述的一種北斗、GPS> SINS組合導航系統,其特征在于:所述第一放大電路模塊包括芯片UPC8231,電感L1、L2和L3,電容Cl、C2、C3、C4和C5,以及電阻Rl和R2 ;所述電感LI的一端和電容Cl的一端相接且為所述第一放大電路模塊的信號輸入端ANT,所述電感LI的另一端和電容C2的一端均與3.3V電源的輸出端VCC_3.3V相接，所述電容C2的另一端接地，所述電容Cl的另一端與電容C3的一端和電感L2的一端相接，所述電容C3的另一端接地，所述電感L2的另一端與所述芯片UPC8231的引腳I相接，所述芯片UPC8231的引腳2和引腳5均接地，所述芯片UPC8231的引腳3和電容C4的一端均與1.8V電源的輸出端VCC_1.8V相接，所述芯片UPC8231的引腳4與電阻Rl的一端和電感L3的一端相接且為所述第一放大電路模塊的信號輸出端，所述芯片UPC8231的引腳6與電阻Rl的另一端、電感L3的另一端、電容C5的一端和電阻R2的一端相接，所述電容C5的另一端接地，所述電阻R2的另一端與3.3V電源的輸出端VCC_3.3V相接。
[0014]上述的一種北斗、GPS、SINS組合導航系統，其特征在于:所述帶通濾波器模塊包括第一芯片B4300，第二芯片B4300，電感L4，電容C6、C7和C8，以及電阻R4和R5 ;所述電感L4的一端為所述帶通濾波器模塊的信號輸入端，所述電感L4的另一端通過電容C6與電阻R3的一端相接，所述電阻R3的另一端與電阻R4的一端和電阻R5的一端相接，所述電阻R4的另一端通過電容C7與第一芯片B4300的引腳I相接，所述第一芯片B4300的引腳2、引腳3和引腳5均接地，所述第一芯片B4300的引腳4為所述帶通濾波器模塊的GPS信號輸出端RF_GPS，所述電阻R5的另一端通過電容C8與第二芯片B4300的引腳I相接，所述第二芯片B4300的引腳2、引腳3和引腳5均接地，所述第二芯片B4300的引腳4為所述帶通濾波器模塊的北斗信號輸出端RF_BD。
[0015]上述的一種北斗、GPS、SINS組合導航系統，其特征在于:所述顯示電路模塊為LCM320240ZK液晶顯示模塊。
[0016]本實用新型與現有技術相比具有以下優點:
[0017]1、本實用新型的集成度高，體積小，功耗低。
[0018]2、本實用新型的功能完備，能夠同時進行GPS和北斗衛星的跟蹤和掃描，且采用了液晶顯示和語音播報兩種定位結果傳達方式，方便了使用。
[0019]3、本實用新型中的北斗及GPS接收處理模塊具有_165dBm的跟蹤靈敏度，12mA的典型工作電流，3m的定位精度，靈敏度高，功耗低，定位精度高。
[0020]4、本實用新型的工作穩定性和可靠性高，維護方便、簡單。
[0021]5、本實用新型區別于現有的GPS/SINS組合導航定位系統，能夠充分利用我國自行研制的北斗導航定位衛星進行導航，且能夠充分發揮北斗導航終端、GPS導航和SINS導航三者各自的優勢， 性能要大大優于各獨立系統的性能，適合應用于手持、車載監控、車載導航、船舶導航、物品跟蹤、授時等領域，本實用新型的推廣使用，能夠滿足國家重點行業尤其是關系到國家安全的特殊行業逐漸擺脫以GPS為首要定位和授時手段的應用需求，實用新強，便于推廣應用。
[0022]綜上所述，本實用新型集成度高，體積小，功耗低，工作穩定性和可靠性高，維護方便、簡單，實用新強，便于推廣應用。
[0023]下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型的電路原理框圖。
[0025]圖2為本實用新型第一放大電路模塊和帶通濾波器模塊的電路原理圖。
[0026]附圖標記說明:
[0027]I—FPGA 芯片；2—DSP 芯片；
[0028]3—晶振電路模塊；4 一復位電路模塊；
[0029]5—數據存儲器模塊；6—北斗及GPS接收處理模塊；
[0030]6-1—北斗GPS雙模天線；6-2—第一放大電路模塊；
[0031]6-3—帶通濾波器模塊；6-4—中頻濾波器模塊；
[0032]6-5一第一 Α/D轉換器模塊； 6_6—本地振蕩器；
[0033]7—SINS模塊；7-1—三軸陀螺儀；
[0034]7-2一二軸加速度儀；7-3—第二放大電路模塊；
[0035]7-4—第三放大電路模塊；7-5—多路選擇開關；
[0036]7-6—第二 Α/D轉換器模塊； 8—按鍵輸入電路模塊；[0037]9 一時鐘電路模塊；10—顯示電路模塊；
[0038]11 一工作狀態指不燈；12—語首播放電路模塊；
[0039]12-1 一D/Α轉換電路模塊；12_2—首頻模塊；
[0040]12-3—功率放大電路模塊；12-4—揚聲器。
【具體實施方式】
[0041]如圖1所示，本實用新型包括FPGA芯片I和與FPGA芯片I相接的DSP芯片2，以及與DSP芯片2相接的晶振電路模塊3、復位電路模塊4和數據存儲器模塊5，所述FPGA芯片I的輸入端接有北斗及GPS接收處理模塊6和SINS模塊7，所述北斗及GPS接收處理模塊6包括依次相接的北斗GPS雙模天線6-1、第一放大電路模塊6-2、帶通濾波器模塊6-3、中頻濾波器模塊6-4和第一 Α/D轉換器模塊6-5,所述中頻濾波器模塊6-4的輸入端接有本地振蕩器6-6 ;所述SINS模塊7包括三軸陀螺儀7-1、三軸加速度儀7_2、與三軸陀螺儀7-1相接的第二放大電 路模塊7-3和與三軸加速度儀7-2相接的第三放大電路模塊7-4，以及多路選擇開關7-5和與多路選擇開關7-5相接的第二 Α/D轉換器模塊7-6，所述第二放大電路模塊7-3和第三放大電路模塊7-4均與多路選擇開關7-5相接，所述第二 Α/D轉換器模塊7-6的輸出端與FPGA芯片I的輸入端相接；所述DSP芯片2的輸入端接有按鍵輸入電路模塊8和時鐘電路模塊9，所述DSP芯片2的輸出端接有顯示電路模塊10、工作狀態指示燈11和語音播放電路模塊12，所述語音播放電路模塊12由依次相接的D/Α轉換電路模塊12-1、音頻模塊12-2、功率放大電路模塊12-3和揚聲器12_4構成。
[0042]本實施例中，所述FPGA芯片I為Cyclone V系列FPGA芯片5CEFA9F23I7N。所述DSP芯片2為芯片TMS320C6748BZCE3。所述數據存儲器模塊5主要由FLASH數據存儲器芯片EPCS128N構成。由于設置有數據存儲器模塊5，因此使得本實用新型具有了數據保存和回放功能。
[0043]如圖2所示，本實施例中，所述第一放大電路模塊6-2包括芯片UPC8231，電感L1、L2和L3，電容C1、C2、C3、C4和C5，以及電阻Rl和R2 ;所述電感LI的一端和電容Cl的一端相接且為所述第一放大電路模塊6-2的信號輸入端ANT,所述電感LI的另一端和電容C2的一端均與3.3V電源的輸出端VCC_3.3V相接，所述電容C2的另一端接地，所述電容Cl的另一端與電容C3的一端和電感L2的一端相接，所述電容C3的另一端接地，所述電感L2的另一端與所述芯片UPC8231的引腳I相接，所述芯片UPC8231的引腳2和引腳5均接地，所述芯片UPC8231的引腳3和電容C4的一端均與1.8V電源的輸出端VCC_1.8V相接，所述芯片UPC8231的引腳4與電阻Rl的一端和電感L3的一端相接且為所述第一放大電路模塊6_2的信號輸出端，所述芯片UPC8231的引腳6與電阻Rl的另一端、電感L3的另一端、電容C5的一端和電阻R2的一端相接，所述電容C5的另一端接地，所述電阻R2的另一端與3.3V電源的輸出端VCC_3.3V相接。
[0044]如圖2所示，本實施例中，所述帶通濾波器模塊6-3包括第一芯片B4300，第二芯片B4300,電感L4，電容C6、C7和C8，以及電阻R4和R5 ;所述電感L4的一端為所述帶通濾波器模塊6-3的信號輸入端，所述電感L4的另一端通過電容C6與電阻R3的一端相接，所述電阻R3的另一端與電阻R4的一端和電阻R5的一端相接，所述電阻R4的另一端通過電容C7與第一芯片B4300的引腳I相接，所述第一芯片B4300的引腳2、引腳3和引腳5均接地，所述第一芯片B4300的引腳4為所述帶通濾波器模塊6-3的GPS信號輸出端RF_GPS，所述電阻R5的另一端通過電容C8與第二芯片B4300的引腳I相接，所述第二芯片B4300的引腳2、引腳3和引腳5均接地，所述第二芯片B4300的引腳4為所述帶通濾波器模塊6_3的北斗信號輸出端RF_BD。
[0045]本實施例中，所述顯示電路模塊10為LCM320240ZK液晶顯示模塊。
[0046]本實用新型的工作過程是:北斗GPS雙模天線6-1接收衛星信號并經第一放大電路模塊6-2放大后，送入帶通濾波器模塊6-3，帶通濾波器模塊6-3將接收的衛星信號中的干擾部分進行濾除，允許頻率為1575.42MHz的GPS信號和頻率為1561.098MHz的北斗信號通過，以便于進行后級的處理，濾波后的信號與本地振蕩器6-6提供的振蕩信號進行混頻，得到中頻信號并將得到的中頻信號傳輸給中頻濾波器模塊6-4進行中頻濾波，GPS信號經中頻濾波后的頻率為4.031MHz，北斗信號經中頻濾波后的頻率為3.996MHz，輸出給第一 A/D轉換器模塊6-5進行Α/D轉換后輸出給FPGA芯片I ;同時，三軸陀螺儀7_1對載體的旋轉角度信號進行采樣并將采樣到的信號經由第二放大電路模塊7-3放大后，再經過多路選擇開關7-5輸出給第二 Α/D轉換器模塊7-6進行Α/D轉換后輸出給FPGA芯片1，三軸加速度儀7-2對載體的加速度信號進行采樣并將采樣到的信號經由第三放大電路模塊7-4放大后，再經過多路選擇開關7-5輸出給第二 Α/D轉換器模塊7-6進行Α/D轉換后輸出給FPGA芯片I，FPGA芯片I對第一 Α/D轉換器模塊6-5輸出的GPS信號和北斗信號，以及第二 A/D轉換器模塊7-6輸出的載體的旋轉角度信號和加速度信號進行采樣和緩存后輸出給DSP芯片2，顯示電路模塊10對GPS定位信號、北斗定位信號和SINS定位信號進行實時顯示，同時，語音播放電路模塊12語音播報GPS定位信號、北斗定位信號和SINS定位信號，工作狀態指示燈11點亮，對該組合導航系統的正在工作的狀態進行指示。
[0047]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本實用新型技術方案的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種北斗、GPS、SINS組合導航系統，其特征在于:包括FPGA芯片(I)和與FPGA芯片(I)相接的DSP芯片(2)，以及與DSP芯片(2)相接的晶振電路模塊(3)、復位電路模塊(4)和數據存儲器模塊(5)，所述FPGA芯片(I)的輸入端接有北斗及GPS接收處理模塊(6)和SINS模塊(7)，所述北斗及GPS接收處理模塊(6)包括依次相接的北斗GPS雙模天線(6_1 )、第一放大電路模塊(6-2)、帶通濾波器模塊(6-3)、中頻濾波器模塊(6-4)和第一 Α/D轉換器模塊(6-5)，所述中頻濾波器模塊(6-4)的輸入端接有本地振蕩器(6-6);所述SINS模塊(7 )包括三軸陀螺儀(7-1)、三軸加速度儀(7-2 )、與三軸陀螺儀(7-1)相接的第二放大電路模塊(7-3)和與三軸加速度儀(7-2)相接的第三放大電路模塊(7-4)，以及多路選擇開關(7-5)和與多路選擇開關(7-5)相接的第二 Α/D轉換器模塊(7-6)，所述第二放大電路模塊(7-3)和第三放大電路模塊(7-4)均與多路選擇開關(7-5)相接，所述第二 Α/D轉換器模塊(7-6)的輸出端與FPGA芯片(I)的輸入端相接；所述DSP芯片(2)的輸入端接有按鍵輸入電路模塊(8 )和時鐘電路模塊(9 )，所述DSP芯片(2 )的輸出端接有顯示電路模塊(10 )、工作狀態指示燈(11)和語音播放電路模塊(12)，所述語音播放電路模塊(12)由依次相接的D/Α轉換電路模塊(12-1)、音頻模塊(12-2)、功率放大電路模塊(12-3)和揚聲器(12_4 )構成。
2.按照權利要求1所述的一種北斗、GPS、SINS組合導航系統，其特征在于:所述FPGA芯片(I)為 Cyclone V 系列 FPGA 芯片 5CEFA9F23I7N。
3.按照權利要求1所述的一種北斗、GPS、SINS組合導航系統，其特征在于:所述DSP芯片(2)為芯片 TMS320C6748BZCE3。
4.按照權利要求1所述的一種北斗、GPS、SINS組合導航系統，其特征在于:所述數據存儲器模塊(5)主要由FLASH數據存儲器芯片EPCS128N構成。
5.按照權利要求1所述的一種北斗、GPS、SINS組合導航系統，其特征在于:所述第一放大電路模塊(6-2)包括芯片UPC8231，電感L1、L2和L3，電容C1、C2、C3、C4和C5，以及電阻Rl和R2 ;所述電感LI的一端和電容Cl的一端相接且為所述第一放大電路模塊(6-2)的信號輸入端ANT，所述電感LI的另一端和電容C2的一端均與3.3V電源的輸出端VCC_3.3V相接，所述電容C2的另一端接地，所述電容Cl的另一端與電容C3的一端和電感L2的一端相接，所述電容C3的另一端接地，所述電感L2的另一端與所述芯片UPC8231的引腳I相接，所述芯片UPC8231的引腳2和引腳5均接地，所述芯片UPC8231的引腳3和電容C4的一端均與1.8V電源的輸出端VCC_1.8V相接，所述芯片UPC8231的引腳4與電阻Rl的一端和電感L3的一端相接且為所述第一放大電路模塊(6-2)的信號輸出端,所述芯片UPC8231的引腳6與電阻Rl的另一端、電感L3的另一端、電容C5的一端和電阻R2的一端相接，所述電容C5的另一端接地，所述電阻R2的另一端與3.3V電源的輸出端VCC_3.3V相接。
6.按照權利要求1所述的一種北斗、GPS、SINS組合導航系統，其特征在于:所述帶通濾波器模塊(6-3)包括第一芯片B4300，第二芯片B4300，電感L4，電容C6、C7和C8，以及電阻R4和R5 ;所述電感L4的一端為所述帶通濾波器模塊(6-3)的信號輸入端，所述電感L4的另一端通過電容C6與電阻R3的一端相接,所述電阻R3的另一端與電阻R4的一端和電阻R5的一端相接，所述電阻R4的另一端通過電容C7與第一芯片B4300的引腳I相接，所述第一芯片B4300的引腳2、引腳3和引腳5均接地，所述第一芯片B4300的引腳4為所述帶通濾波器模塊(6-3)的GPS信號輸出端RF_GPS，所述電阻R5的另一端通過電容C8與第二芯片B4300的引腳I相接，所述第二芯片B4300的引腳2、引腳3和引腳5均接地，所述第二芯片B4300的引腳4為所述帶通濾波器模塊(6-3)的北斗信號輸出端RF_BD。
7.按照權利要求1所述的一種北斗、GPS、SINS組合導航系統，其特征在于:所述顯示電路模塊(10)為LCM320240ZK液晶 顯示模塊。
【文檔編號】G01C21/00GK203744984SQ201420128830
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月21日 優先權日:2014年3月21日
【發明者】王文芳, 雷鳴 申請人:西安兗礦科技研發設計有限公司