本實用新型涉通訊技術產領域，尤其涉及一種高精度慣性定位模塊。

背景技術：

隨著科技的發展，越來越多的地方需要用到定位裝置，比如計算機技術、網絡通信技術、現代測繪技術、衛星定位數據處理技術等高新技術，而在這些領域中用的最多的是差分定位模塊，差分定位模塊的主要指標是捕獲靈敏度、跟蹤靈敏度、啟動時間和定位精度，這些指標中最關鍵的作用是衡量其定位精度性能的好壞，但是現有的定位模塊在穩定性方面不及全站儀，RTK較容易受衛星狀況、天氣狀況、數據鏈傳輸狀況影響。信號強度較弱，在對空遮擋比較嚴重的地方GPS無法正常應用。

技術實現要素：

針對上述技術中存在的不足之處，本實用新型提供一種高精度慣性定位模塊，能非常快速的連接到衛星進行通信，改善了系統精度；加強系統的抗干擾能力。

為了實現上述目的，本實用新型提供了一種高精度慣性定位模塊，包括電源模塊、射頻處理模塊、數據處理模塊和應用處理模塊,所述電源模塊與射頻處理模塊和應用處理模塊電連接，所述射頻處理模塊與數據處理模塊電連接，所述射頻處理模塊與天線模塊連接，所述數據處理模塊與RTK模塊電連接，所述射頻處理模塊的TXD引腳與數據處理模塊之間設置有GPS/INS組合裝置，GPS/INS組合裝置設置有兩個輸出口，其中一個是經過一個1K歐姆的電阻后與數據處理模塊的TXD腳連接，另一個是通過串聯一個1K歐姆的電阻后，再并列一個100FP的電容后與數據處理模塊的RX腳連接；所述射頻處理模塊的RXD引腳串聯一個有1K歐姆的電阻，以及并聯一個100pf的電容再與數據處理模塊的RX腳連接。

其中，所述數據處理模塊采用STM32F103C876芯片,所述應用處理模塊采用MPU6050芯片，所述射頻處理模塊采用Ublox8030，電源模塊提供3.3V電壓給射頻處理模塊、應用處理模塊和數據處理模塊，所述數據處理模塊的PB7腳與應用處理模塊的SDA腳連接，所述數據處理模塊的PB6腳與應用處理模塊的SCL腳連接，射頻處理模塊的RXD引腳與數據處理模塊的RX腳連接，射頻處理模塊的TXD引腳與數據處理模塊的TX腳連接，射頻處理模塊的V-BCKP端與備用電池的正極端連接，備份電池的負極接地。

其中，所述射頻處理模塊的RXD腳與數據處理模塊的RX腳之間，以及射頻處理模塊的TXD引腳與數據處理模塊的TX腳之間通過RS232串行接口連接。

其中，所述電源模塊上設置有為2個低壓差線性穩壓器，兩個低壓差線性穩壓器，共同輸入的VCC為5V，輸出均為3.3V，且其中一個與數據處理模塊和應用處理模塊電連接，另一個給射頻處理模塊電連接。

本實用新型的有益效果是：與現有技術相比，本實用新型提供的高精度慣性定位模塊，在射頻處理模塊的TXD引腳與數據處理模塊之間設置有GPS/INS組合裝置，即實現GPS/INS組合制導，INS(Inertial Navigation System慣性導航系統)，GPS是當前應用最為廣泛的衛星導航定位系統，使用方便、成本低廉，其最新的實際定位精度已經達到5米以內。但是GPS系統軍事應用還存在易受干擾、動態環境中可靠性差以及數據輸出頻率低等不足。而INS系統則是利用安裝在載體上的慣性測量裝置(如加速度計和陀螺儀等)敏感載體的運動，輸出載體的姿態和位置信息。INS系統完全自主，保密性強，并且機動靈活，具備多功能參數輸出，但是存在誤差隨時間迅速積累的問題，導航精度隨時間而發散，不能單獨長時間工作，必須不斷加以校準。將GPS和INS進行組合可以使兩種導航系統取長補短，構成一個有機的整體其優勢主要體現在：1.GPS/INS組合改善了系統精度；2.GPS/INS組合加強了系統的抗干擾能力；3.解決周跳問題；4.解決GPS動態應用采樣頻率低的問題；5.用途更廣。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例GPS差分高精度定位裝置模塊框圖；

圖2為本實用新型實施例GPS/INS組合裝置連接示意圖；

圖3為本實用新型實施例射頻處理模塊電路圖；

圖4為本實用新型實施例數據處理模塊電路圖；

圖5為本實用新型實施例應用處理模塊電路圖；

圖6為本實用新型實施例電源模塊電路圖。

主要元件符號說明如下：

1、電源模塊 2、射頻處理模塊

3、數據處理模塊 4、應用處理模塊

5、天線模塊 6、RTK模塊。

具體實施方式

為了更清楚地表述本實用新型，下面結合附圖對本實用新型作進一步地描述。

請參閱圖1-圖2，本實用新型提供一種高精度慣性定位模塊，包括電源模塊1、射頻處理模塊2、數據處理模塊3和應用處理模塊4,在本實施例中，電源模塊1與射頻處理模塊2、數據處理模塊3和應用處理模塊4電連接，在本實施例中，電源模塊1輸出3.3V電壓，分別給射頻處理模塊2、數據處理模塊3和應用處理模塊4供電，在本實施例中，射頻處理模塊2與數據處理模塊3電連接，射頻處理模塊2與天線模塊5連接，數據處理模塊3與RTK模塊6電連接，數據處理模塊3采用STM32F103C876芯片,應用處理模塊4采用MPU6050芯片，射頻處理模塊2采用Ublox8030芯片，數據處理模塊3的PB7腳與應用處理模塊4的SDA腳連接，數據處理模塊3的PB6腳與應用處理模塊4的SCL腳連接，射頻處理模塊2的RXD引腳與數據處理模塊3的RX腳連接，射頻處理模塊2的TXD引腳與數據處理模塊3的TX腳連接。在本實施例中，所述射頻處理模塊的TXD引腳與數據處理模塊之間設置有GPS/INS組合裝置，GPS/INS組合裝置設置有兩個輸出口，其中一個是經過一個1K歐姆的電阻R4后與數據處理模塊3的TXD腳連接，另一個是通過串聯一個1K歐姆的電阻R3后，再并列一個100FP的電容CA1后與數據處理模塊3的RX腳連接；射頻處理模塊2的RXD引腳串聯一個有1K歐姆的電阻RA1，以及并聯一個100pf的電容CA2再與數據處理模塊3的RX腳連接，本電路結構在設計的時候，可以根據需求，選擇是單獨使用GPS功能還是使用GPS/INS功能，當單獨使用GPS功能的時候，讓電阻R3短路，電阻R4保持不變，當使用GPS/INS通訊時，讓電阻R4短路，電阻R3保持不變。

與現有技術相比，本實用新型的射頻處理模塊采用Ublox8030，使用Ublox8030芯片，通過正面備份電池用來驅動實時時鐘和維持GPS的SRAM/RTC實時時鐘正常工作，以便于非常快速的連接到衛星進行通信，該動作被稱為“熱啟動”，基于無線通訊模塊從RTCM基站/差分網絡下載數據，實現高精度定位。本使用新型的工作原理為，將高精度慣性定位模塊安裝在基準站上進行觀測，根據基準站已知精密坐標，計算出基準站得到衛星的距離改正數，并由基準站實時將一數據發送出去。用戶接收機在進行GPS觀測的同時，也接收到基準站發出的改正數，并對其定位結果進行改正，從而提高定位精度。

本實用新型提供的高精度慣性定位模塊，在射頻處理模塊的TXD引腳與數據處理模塊之間設置有GPS/INS組合裝置，即實現GPS/INS組合制導，INS(Inertial Navigation System慣性導航系統)，GPS是當前應用最為廣泛的衛星導航定位系統，使用方便、成本低廉，其最新的實際定位精度已經達到5米以內。但是GPS系統軍事應用還存在易受干擾、動態環境中可靠性差以及數據輸出頻率低等不足。而INS系統則是利用安裝在載體上的慣性測量裝置(如加速度計和陀螺儀等)敏感載體的運動，輸出載體的姿態和位置信息。INS系統完全自主，保密性強，并且機動靈活，具備多功能參數輸出，但是存在誤差隨時間迅速積累的問題，導航精度隨時間而發散，不能單獨長時間工作，必須不斷加以校準。將GPS和INS進行組合可以使兩種導航系統取長補短，構成一個有機的整體其優勢主要體現在：1.GPS/INS組合改善了系統精度；高精度的GPS信息可以用來修正INS，控制其誤差隨時間的積累。利用GPS信息可以估計出INS的誤差參數以及GPS接收機的鐘差等量。另一方面，利用INS短時間內定位精度較高和數據采樣率高的特點，可以為GPS提供輔助信息。利用這些輔助信息，GPS接收機可以保持較低的跟蹤帶寬，從而可以改善系統重新俘獲衛星信號的能力。2.GPS/INS組合加強了系統的抗干擾能力；當GPS信號受到高強度干擾，或當衛星系統接收機出現故障時，INS系統可以獨立地進行導航定位。當GPS信號條件顯著改善到允許跟蹤時，INS系統向GPS接收機提供有關的初始位置、速度等信息，以供在迅速重新獲取GPS碼和載波時使用。INS系統信號也可用來輔助GPS接收機的天線對準GPS衛星，從而減小了干擾對系統的影響。3.解決周跳問題；對于GPS載波相位測量，INS可以很好地解決GPS周跳和信號失鎖后整周模糊度參數的重新解算，也降低了至少4顆衛星可見的要求。4.解決GPS動態應用采樣頻率低的問題；在某些動態應用領域，高頻INS數據可以在GPS定位結果之間高精度內插所求事件發生的位置(如航空相機曝光瞬間的位置測定)5.用途更廣，GPS/INS組合系統是GPS與INS互補的、互相提高的集成，而不是二者的簡單結合。組合系統性能更強，應用領域更廣。正是由于這兩套系統具有極好的互補性，不僅可以低成本提供全球精確導航，也可以滿足軍事應用對保密性的要求。。

請參閱圖3，射頻處理模塊2采用Ublox8030芯片，其第3引腳timepluse引腳連接一個1K的電阻R6以及一個二極管DA2后與地連接，其第11引腳的RF-IN引腳與天線模塊5連接，其天線模塊的OUT端與第11引腳連接，IN端與GPS天線連接，其余端口接地，在本實施例中，天線為高頻微帶天線，頻率為1.57542GHZ，阻抗為50歐姆。射頻處理模塊2的第10引腳、13引腳和24引腳接地，第23引腳連接3.3V輸入電壓，23引腳與24引腳之間連接兩個2.2uf的電容C11和C12濾波，同時，23引腳與22引腳的V-BCKP引腳通過一個二極管DA1連接，在二極管DA1陽極端通過兩路2.2UF電容C14和C15濾波，在二極管DA1的陰極端分別除了一個2.2uf的電容C13濾波外，還連接有一個1K的電阻R2，該電阻與備用電池BT1的正極連接，備用電池BT1的負極接地，在本實施例中，射頻處理模塊2的第21引腳RXD端與數據處理模塊3的RX腳以及射頻處理模塊2的TXD引腳與數據處理模塊3的TX腳分別通過RS232串行接口數據線電連接。

請參閱圖4，在本實施例中，數據處理模塊3采用STM32F103C876芯片，其中，數據處理模塊3的第43號引腳PB7腳與應用處理模塊4的SDA腳連接，該數據處理模塊3的第42號引腳PB6腳與應用處理模塊4的SCL腳連接，同時，在這兩條連接線上，還分別串聯一個4.7K歐姆的電阻R11和R10，R11和R10兩個電阻的另一端同連3.3V輸入電壓和2.2UF的濾波電容C28,電容C28的另一端接地，在本實施例中，STM32F103C876芯片的第5引腳OSC-IN端和第六引腳OSC-OUT端分別外接一個8MHZ的晶振Y4、1M歐姆的電阻R12后，再分別連接22P的電容C22和22P的電容23后，與地連接。在本實施例中，第30引腳為TX引腳，通過RS232數據線與射頻處理模塊2的第20引腳TXD引腳連接，第31引腳通過RS232數據線與射頻處理模塊2的第21引腳RXD引腳連接，在本實施例中，STM32F103C876芯片的的48引腳、第9引腳、第24引腳以及第36引腳JTCK均連接3.3V輸入電壓。

請參閱圖5，在本實施例中，應用處理模塊4采用MPU-6050芯片，第24引腳SDA串聯22R電阻R9后與數據處理模塊3的第43引腳連接，第23號引腳SCL串聯22R電阻R8后與數據處理模塊3的第42號引腳連接，MPU-6050芯片的第13引腳VDD連接0.1uf電容C18和C17后，與33nh的電感L3串聯后與3.3V輸入電壓連接。

請參閱圖6，在本實施例中，電源模塊1上設置有為2個低壓差線性穩壓器LDO1和LDO2，兩個低壓差線性穩壓器，共同輸入的VCC為5V，輸出均為3.3V，在本實施例中，VCC電壓經過0.11uf的電容C6和C7以及0.1uf的電容C30后與LDO2的5.0V輸入端連接，經過穩壓器的調整后，再經過0.1uf的電容C8，以及1UF的電容C9和C10后輸出供給數據處理模塊3和應用處理模塊4的3.3V電壓，另外一邊，VCC電壓經過1K電阻R1的分壓和2.2UF的電容C2和C1濾波后與LDO1的5.0V輸入端連接，經過穩壓器的調整后，經過0.1uf電容C3以及2.2uf電容C4和C5的濾波，以及經過33nh的電感L1后給射頻處理模塊2提供3.3V電壓，且在LDO1的其中一端，還經過一個10R的電阻R16對LDO1進行電壓控制。

本使用新型的工作原理為，將GPS差分高精度定位裝置安裝在基準站上進行觀測，根據基準站已知精密坐標，計算出基準站得到衛星的距離改正數，并由基準站實時將一數據發送出去。用戶接收機在進行GPS觀測的同時，也接收到基準站發出的改正數，并對其定位結果進行改正，從而提高定位精度。在基準站上，觀測所有衛星，根據基準站已知坐標和各位星的坐標，求出每顆衛星每一時刻到基準站的真實距離。再與測得的偽距比較，得到偽距改正數，將其傳輸至用戶接收機，提高定位精度；載波相位差分技術是實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法，即是將基準站采集的載波相位發給用戶接收機，進行求差解算坐標。載波相位差分可使定位精度達到厘米級。大量應用于動態需要高精度位置的領域；基準站-移動站差分是采用兩臺GPS差分高精度定位裝置。一臺是基準站GPS，另一臺是用戶端GPS，并且知道一個已知點的坐標，原理是在已知坐標的固定點上架設一臺GPS差分高精度定位裝置(稱基準站)，通過GPS的定位數據和已知坐標點的數據解算出差分數據(RTCM)，再通過數據鏈將誤差修正參數實時播發出去，用戶端通過數據鏈接收修正參數并傳給GPS，GPS接收修正參數后和自己的定位數據進行修正解算，即可將定位精度提高到米級、甚至厘米級。信標差分系統上就是差分系統，只是信標差分系統不需要用戶自己架設基準站，因為考慮到實時差分系統未來的需要，國家交通部海監局在我國沿海從南到北沿海岸線建立20個信標臺站，這些信標站24小時發送RTCM差分校準信息，其傳輸的距離是：在內陸是300KM的覆蓋范圍，在海上是500KM的覆蓋范圍。用戶端只需要一臺移動站的GPS就可以實現高精度的實時定位。

在本實施例中，高精度GPS系統由基準站和移動站兩部分組成，基準站播發高精度GPS差分改正信息，支持RTCM/RTCA/CMR多種差分協議，移動站支持接收不同的差分改正信息，根據需要設置系統工作在DGPS或RTK差分模式下。系統不但具有位置、速度信息實時輸出，還具有時間同步功能，基準站和移動站均可以給周邊其它設備提供時間同步源，時間同步精度可以到達10ns。

本實用新型的優勢在于：

1)本實用新型在射頻處理模塊的TXD引腳與數據處理模塊之間設置有GPS/INS組合裝置，即實現GPS/INS組合制導，使用方便、成本低廉，其最新的實際定位精度已經達到5米以內，且GPS/INS組合改善了系統精度；GPS/INS組合加強了系統的抗干擾能力；解決GPS動態應用采樣頻率低的問題；

2)GPS差分高精度定位裝置內部嵌入ublox8030芯片，正面備份電池用來驅動實時時鐘和維持GPS差分高精度定位裝置的SRAM/RTC實時時鐘正常工作，實現熱啟動，以便于非常快速的連接到衛星進行通信。

以上公開的僅為本實用新型的幾個具體實施例，但本實用新型并非局限于此，任何本領域的技術人員能思之的變化都應落入本實用新型的保護范圍。