国产MINS/GPS组合导航系统：设计与实现

"MINS/GPS组合导航系统的设计与实现，孔星炜，郭美凤，董景新。本文介绍了一种结合微机械惯性导航系统(MINS)与全球定位系统(GPS)的组合导航系统，该系统采用国产MEMS工艺制造的微机械陀螺和加速度计，具有成本效益高、体积小巧、重量轻、能耗低的特点。系统设计包括两级温控机制，以确保器件的测量精度，并采用双DSP+FPGA架构，分别负责数据采集、导航计算和数据通信，实现了系统结构的紧凑化。此外，系统利用双子样优化算法处理捷联惯导计算，并结合平方根卡尔曼滤波算法和反馈校正进行INS/GPS组合导航，提升了导航性能。经过静态和车载试验，该系统展现出良好的性能，标志着国产微惯性器件在工程应用中的初步成功。关键词包括组合导航、微惯性导航系统、微机械陀螺、微机械加速度计。" 在深入探讨之前，让我们先了解一下关键概念。微机械陀螺和微机械加速度计是通过微电子机械系统(MEMS)技术制造的，它们是构建微型惯性测量单元(MIMU)的基础，进而可以构建微惯性导航系统(MINS)。MINS与GPS结合，可以克服单一系统的局限，如GPS可能受到遮挡或干扰的影响，而MINS可以提供连续的、无需外部信号的导航信息。 系统设计方面，采用了两级温控方案来确保微机械陀螺和加速度计的稳定运行。一级温控用于整体ISA的温度控制，二级温控则针对每个器件进行精细调节。同时，为了减少外界振动对测量的影响，ISA还配备了减震器。 数字化单元的核心是高性能的A/D转换器和数字信号处理器(DSP)。A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，DSP则负责信号处理和误差补偿。另一块独立的DSP作为导航处理器，执行捷联惯导计算和组合导航的算法，如双子样优化算法和平方根卡尔曼滤波算法，这些算法能有效地融合来自不同传感器的数据，提高导航的准确性和鲁棒性。 在试验验证阶段，系统经过静态和动态试验，其性能表现满足实际应用需求，证明了采用国产微惯性器件的可行性与可靠性。这不仅降低了对进口器件的依赖，也为我国在这一领域的自主研发和产业化进程打下了坚实基础。 这篇论文详细介绍了一个基于国产MEMS技术的MINS/GPS组合导航系统的开发过程，包括系统设计、硬件选择、温控策略、数据处理算法以及性能评估，展示了在导航技术领域的重要进展，对于推动我国自主导航系统的发展具有重要意义。