基于LEA-6R的慣性導航系統設計與實現

摘要 為了在隧道，城市高樓間能快速獲得理想的GPS定位數據，設計并實現了基于U—Blox公司LEA-6R芯片的高靈敏度傳感器組合慣性導航系統，文中介紹了外圍電路，天線監管電路和在WinCE6系統下的程序設計、實踐證明，在衛星不可見的情況下，該系統仍能在隧道和城市高樓中不間斷地計算出準確的定位數據。其定位精度滿足正常的需求。
關鍵詞 陀螺儀；慣性導航；UBX協議；通訊

現代衛星導航系統是目前世界上最先進的導航系統之一。現代衛星導航系統定位精度高，但無法連續提供運載體位置信號，同時，當運載體產生劇烈動作或當導航星全球定位系統信噪較低時定位精度將大幅降低。慣性導航是完全自主式的導航技術，慣性導航僅僅依靠陀螺儀等設備進行導航。但慣性導航的誤差將隨時間而發散。將衛星定位系統與傳感器慣性導航技術組合，組合后的衛星／慣性導航系統能改善導航位置和速度信息的精度，從而改善導航系統性能。作為車載導航時，在衛星不可見的隧道、地下停車場，城市的高樓間，仍將取得較好的定位數據。衛星／慣性組合定位系統是目前導航系統重要的研究內容之一。
U—Blox公司提供的LEA-6R GPS芯片，將外部傳感器的信號和接收到的GPS信號相組合，較好地提供了實現GPS和傳感器慣性導航技術組合的平臺。

1 車載傳感器組合慣性導航系統設計
1．1 LEA-6 R
U—Blox公司的產品是全球靈敏度最高的民用級芯片，跟蹤靈敏度可達-162 dBm。產品支持標準NMEA Protocol協議和公司自定義精簡的UBX Protocol通訊協議。在該公司的KichStart×信號捕獲加速引擎的支持下，可快速捕獲微小的信號。LEA-6R能實現2．5 m高精度GPS／1 m伽利略雙系統混合精確定位，并采用革新的多徑檢測以及消除技術，在高動態環境、5 Hz的數據刷新率下，仍能保持較高的定位精度。LEA-6R芯片內部的Flash中集成了U—Blox公司專用的傳感器與慣性導航融合技術。通過將高性能U—Blox 6定位引擎與U—Blox的慣性導航技術相結合，配以少量的外圍傳感器電路，即可在隧道、深度室內和高樓林立的城區等地點實現不間斷地精確導航。
1．2 系統組成
LEA-6R芯片與有源天線、天線監測電路、方向傳感器、陀螺儀、溫度傳感器、里程計共同構成傳感器組合慣性導航系統。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，可方便的與主機通訊。LEA-6R總體框圖如圖1所示。

1．3 天線監測電路設計
LEA-6R支持無源天線和有源天線。有源天線的內部設有一個低噪聲放大器(LNA)，用于補償信號的衰減，提高信號的信噪比，增加CPS的靈敏度。在采用有源天線的同時，為防止有源天線內部的放大器短路和開路時損壞或影響GPS的正常工作，LEA-6R內部設置了天線監管器，提供了天線關斷及短路檢測功能。開路檢測由外部電路輸入到AADET—N端進行檢測完成。GPS內部的天線監管器和外圍的開路檢測電路，能有效地防止有源天線在短路或開路時損壞GPS芯片。天線監管電路如圖2所示。