一种双模式仿生偏振/地磁辅助组合导航系统，该系统包括导航模式切换单元，传感器模块，接口电路，微处理器，存储模块以及电源模块。其中，传感器模块包括偏振传感器，卫星导航模块，地磁传感器，惯导系统以及超声波测距仪，接口电路包括数据传输接口和指令输出接口。开始工作后，该系统首先进行导航模式选择，然后传感器模块开始测量，并由接口电路将所得数据传给微处理器进行导航解算，最后存储并输出导航信息，处理器根据导航信息和遥控信号发出控制指令。本发明专利技术将仿生偏振导航与地磁导航结合作为惯性导航的辅助手段，实现了双导航模式：卫星信号正常情况下的高精度有卫星导航模式和卫星信号受干扰情况下的全自主无卫星导航模式。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种双模式仿生偏振/地磁辅助组合导航系统，可实时输出载体的速度、位置、姿态导航信息，并可根据导航信息和遥控信号对载体发出控制指令。另外，本专利技术可通过检测卫星导航模块中断信号的输出频率和输出值来判断卫星信号是否受到干扰，并进行两种导航模式的切换，模式一:卫星信号正常情况下的高精度有卫星导航模式；模式二:卫星信号受干扰情况下的全自主无卫星导航模式。
技术介绍
目前，航空航天领域中常用的导航手段主要有惯性导航、卫星导航、天文导航和地磁导航，它们在应用中各有其优缺点。惯性导航系统工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰，是一种自主式导航系统，但其导航误差随时间积累，不适于长时间运动的载体。卫星导航能全天时、全天候提供误差不随时间积累的高精度位置和速度信息，但难以直接提供姿态信息，且易受电磁干扰，高动态易失锁。天文导航是一种通过天体敏感器观测天体方位信息，直接解算载体位置和姿态的自主导航系统，具有导航误差不随时间积累，定姿精度高等优点，但其存在低空飞行受能见度影响、成本高等不足。地磁导航利用地磁场信息进行载体定姿，隐蔽性好，误差不随时间积累，但在近地磁场易受矿区、建筑物等干扰，高空磁场易受太阳风、磁暴等干扰。可见，单一地的导航系统已难以满足高精度、高可靠性、强自主性等要求，未来导航系统的发展趋势将是多传感器融合的组合导航系统。对于最常用的卫星/惯导组合导航系统来说，其克服了惯导系统误差随时间积累的缺点，应用广泛，可长时间导航，但是卫星信号极易受到干扰，且无法提供高精度姿态信息。而对于加入了天文导航的惯导/卫星/天文组合导航来说，虽然导航精度高，可长时间导航，但是成本高，低空飞行受能见度影响，使用场合受限制。对于惯导/地磁组合导航系统，虽然地磁测量元件可以提供姿态测量信息，而且体积小，成本较低，但易受到各种磁干扰，可靠性亟待提高。偏振光导航作为近几年来兴起的一种新型导航方法，以其稳定、抗干扰和覆盖范围广的特性，成为自主导航的研究热点，可以与地磁导航相互补充，相互配合，一起作为惯性导航的有效辅助手段，为可靠的全自主导航实现提供了一种解决方案，但精度亟待提高，研究一种既可以在卫星信号未受干扰的情况下进行高精度导航，又可以在卫星信号受干扰的条件下进行全自主导航的系统十分重要。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题:克服单一导航系统精度不高、抗干扰能力差等缺点，弥补常规组合导航系统大多依赖卫星导航，自主性不强的不足，提供一种双模式仿生偏振/地磁辅助组合导航系统，在有卫星导航模式下提供高精度位置信息，在卫星信号受干扰的情况下进入全自主无卫星导航模式，此时它既有地磁导航、偏振光导航自主性强、导航精度高的特点，又克服了两者分别作为单一辅助导航手段时可靠性不高的缺点。本专利技术的技术解决方案:一种双模式仿生偏振/地磁辅助组合导航系统，其特征在于:包括导航模式切换单元(27)，传感器模块(17) (22)，接口电路1(12)，接口电路，2(19)，微处理器(I)，存储模块(3)以及电源模块(7)。其中，导航模式切换单元(27)包括信号处理器(28)和模式切换开关(29)，传感器模块(17)包括偏振传感器(18)，传感器模块(22)包括卫星导航模块(23)，地磁传感器(24)，惯导系统(25)以及超声波测距仪(26)，接 P 电路 I (12)包括接 P I (13)，接口 2 (14)，RS232 (15)以及 RS422 (16)，接 P 电路2(19)包括接口 3(20)和接口 4(21)。整个系统中，导航模式切换单元(27)分别与微处理器(I)和卫星导航模块(23)相连，用于将该系统在两种导航模式间进行切换。接口 1(13)和接口 2(14)分别通过隔离器⑶和反相器(9)与微处理器(I)连接，RS232(15)通过电平转换芯片(10)与微处理器(I)连接。电源模块(7)为微处理器(I)提供电源，GPS(23)和地磁传感器(24)直接将测量数据传送给微处理器(I)，惯导系统(25)以及超声波测距仪(26)通过接口电路2 (19)将测量数据传送给微处理器(I)，偏振传感器(18)通过RS422(16)和电平转换芯片(11)与微处理器(I)相连，实现数据传输，微处理器(I)将所有数据存储到存储模块⑶。地面调试时，微处理器(I)通过电平转换芯片(10)由RS232(15)与PC机通信。系统开始工作后，电源模块(7)中的锂电池(6)通过电源转换芯片(5)给系统供电，系统进行初始化，然后导航模式切换单元(27)的信号处理器(28)对卫星导航模块(23)的中断信号进行处理，由微处理器(I)的ARM芯片(2)对卫星导航模块(23)是否正常工作进行判断，进而通过控制模式切换开关(29)选择系统的导航工作模式。模式确定后，传感器模块(17)和(22)进行数据采集工作，其中偏振传感器(18)测量光强，并通过接口电路(12)的RS422(16)以及电平转换芯片(11)与微处理器(I)的ARM芯片(2)进行通信，卫星导航模块(23)测量位置和速度，地磁传感器(24)测量磁矢量，惯导系统(25)测量角速度与加速度信息，并通过接口电路2(19)的接口 3(20)将数据传送给微处理器(1)，超声波测距仪(26)测量三维载体飞行高度或二维载体相对距离，并通过接口电路2 (19)的接口 4(21)将数据传送给微处理器(I)。微处理器(I)进行信息融合与导航解算，然后微处理器(I)将解算出的导航信息输出的同时存储到存储模块(3)的FLASH芯片(4)，并综合该信息和遥控器发出的信号通过接口 2(14)和反相器(9)为载体发出控制指令，控制指令经隔离器(8)由接口 1(13)发出，此时一个工作周期结束，并重新对卫星导航模块(23)的工作状态进行检测，进入下一个工作周期。本专利技术与现有技术相比的优点在于:(I)较传统的单一导航系统或者常规组合导航系统，本专利技术具有两种导航模式，在有卫星导航模式下提供高精度位置信息，在卫星信号受干扰的情况下进入全自主无卫星导航模式，此时它既有地磁导航、偏振光导航自主性强、导航精度高的特点，又克服了两者分别作为单一辅助导航手段时可靠性不高的缺点。(2)本专利技术采用嵌入式集成设计，体积小，便于安装，数据处理能力强。所选用的传感器均为高精度数字信号输出传感器，省去了 A/D环节，大大减小了系统的延时，提高了系统的稳定性。(3)本专利技术作为一个组合导航系统，在实时提供载体导航信息的情况下，可根据导航信息和遥控信号对载体发出控制指令:将ARM芯片的六路定时器经过隔离器引出，可输出PffM波控制信号；同时为遥控接收机留出接口，可接收遥控器的指令。【附图说明】图1为本专利技术的结构组成图；图2为本专利技术的工作流程图；图3为本专利技术的算法程序图。【具体实施方式】如图1所示，为本专利技术的结构组成框图，即一种双模式仿生偏振/地磁辅助组合导航系统，其特征在于:包括导航模式切换单元27，传感器模块17和22，接口电路112，接口电路219，微处理器1，存储模块3以及电源模块7。其中，导航模式切换单元27包括信号处理器28和模式切换开关29，传感器模块17包括偏振传感器18，传感器模块22包括卫星导航模块23，地磁传感器24，惯导系统2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双模式仿生偏振/地磁辅助组合导航系统，其特征在于：包括导航模式切换单元(27)、第一传感器模块(17)、第二传感器模块(22)、第一接口电路(12)、第二接口电路(19)、微处理器(1)、存储模块(3)及电源模块(7)；其中，导航模式切换单元(27)包括信号处理器(28)和模式切换开关(29)；第一传感器模块(17)由偏振传感器(18)构成；第二传感器模块(22)包括卫星导航模块(23)、地磁传感器(24)、惯导系统(25)及超声波测距仪(26)；第一接口电路(12)包括第一接口(13)、第二接口(14)，RS232(15)及RS422(16)；第二接口电路(19)包括第三接口(20)和第四接口(21)；整个系统中，导航模式切换单元(27)分别与微处理器(1)和卫星导航模块(23)相连，用于将该系统在两种导航模式间进行切换，所述两种导航模式为有卫星导航模式和全自主无卫星导航模式；第一接口(13)和第二接口(14)分别通过隔离器(8)和反相器(9)与微处理器(1)连接，RS232(15)通过电平转换芯片(10)与微处理器(1)连接；电源模块(7)为微处理器(1)提供电源，GPS(23)和地磁传感器(24)直接将测量数据传送给微处理器(1)，惯导系统(25)以及超声波测距仪(26)通过第二接口电路(19)将测量数据传送给微处理器(1)，第一传感器模块(17)通过RS422(16)和电平转换芯片(11)与微处理器(1)相连，实现数据传输，微处理器(1)将所有数据存储到存储模块(3)；信号处理器(28)通过检测卫星导航模块(23)的中断信号的输出频率和输出值来判断卫星信号是否受到干扰，然后模式切换开关(29)进行有卫星导航或无卫星导航模式的选择，使得整个系统拥有两种导航模式：卫星信号正常情况下的高精度有卫星导航模式和卫星信号受干扰情况下的全自主无卫星导航模式。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭雷，齐孟超，张霄，杨健，李晨阳，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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