[1]Полезная модель модуля инерциальной навигационной системы со встроенным ГНСС-компасом относится к радиотехнике и может быть использована для определения местоположения и параметров его изменения в системах контроля параметров движения, в частности, в системах беспилотных воздушных судов.
[3]Из уровня техники известен навигационный модуль, раскрытый в RU 220455 U1, опубл. 14.09.2023, прототип. Навигационный модуль предназначен для определения местоположения и параметров его изменения, на основе навигационных сигналов от спутниковых навигационных систем и сигналов других датчиков. Навигационный модуль включает в себя узел приёмника, выполненный на базе сверхбольшой интегральной схемы типа «система в корпусе» К1917ВА014 и включает в себя: антенну глобальной навигационной спутниковой системы навигации; малошумящий усилитель, вход которого соединён с выходом антенны с возможностью передачи сигнала; двухканальный высокочастотный конвертер, выполненный с возможностью преобразования на промежуточную частоту сигналов несущих частот 1598-1606 МГц системы ГЛОНАСС и сигналов с несущей частотой 1575,42 МГц систем GPS, GALILEO,QZSS и SBAS, причём входы каждого из каналов конвертера соединены с выходом малошумящего усилителя с возможностью передачи соответственно сигналов на несущей частоте 1575,42 МГц систем GPS, GALILEO, QZSS и SBAS и на несущих частотах 1598-1606 МГц системы ГЛОНАСС; два аналого-цифровых преобразователя, выполненных с возможностью преобразования выходных сигналов высокочастотных конверторов в цифровые отсчёты сигналов промежуточной частоты, при этом вход каждого из аналого-цифровых преобразователей соединён с выходом двухканального высокочастотного конвертера с возможностью передачи сигнала, а выход каждого из аналого-цифровых преобразователей соединён с навигационным процессором с возможностью передачи цифровых отсчётов сигналов промежуточной частоты; навигационный процессор, соединённый с возможностью передачи данных с коннекторами интерфейса SPI для входных данных (SDI), для выходных данных (SDO),для сигнала тактовой частоты (SCL) и для выбора устройства (CS); при этом модуль также включает в себя коннекторы интерфейса SPI для входных данных, для выходных данных, для сигнала тактовой чистоты и для выбора устройства, выполненные с возможностями подключения датчика MEMS с возможностью приёма данных, содержащих измеренные угловую скорость и ускорение; и подключения колёсного датчика скорости с возможностью получения данных, содержащих измеренную скорость; при этом навигационный процессор выполнен с возможностью фильтрации данных,2полученных от датчика MEMS с помощью цифровых фильтров низких частот, определения на основании данных, полученных от акселерометров для определения ориентации датчика MEMS по углам тангажа и крена, определения текущего угла курса на основании данных, полученных от гироскопов, определения относительного перемещения на основании данных, полученных от колёсного датчика скорости, коррекции угла курса при наличии измерений на основе сигналов от антенны, а также вычисления навигационно-временных определений, выходными параметрами которых являются координаты и скорость перемещения антенны, а также точное время.
[4]Недостатками известного устройства является невозможность точного определения направления модуля при воздействии на датчики магнитных помех, а также отсутствие возможности приёма сигналов системы Beidou.
[5]РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
[6]Задачей заявленной полезной модели является разработка навигационного модуля повышенной точности с функцией спутникового компаса с использованием комплектующих российского производства.
[7]Технический результат – повышение точности измерений и расширение совместимости со спутниковыми системами.
[8]Указанный технический результат, достигается за счет того, что модуль инерциальной навигационной системы содержит корпус, в котором расположены три приёмных узла ГНСС, соединённых с центральным процессором, оборудованным интерфейсом SPI для получения данных с блоков датчиков MEMS и датчика скорости, при этом первый и второй приёмные узлы содержат последовательно соединённые между собой антенну ГНСС, малошумящий усилитель, двухканальный высоко-частотный конвертер, два аналого-цифровых преобразователя (АЦП) и навигационный процессор, при этом первый и второй приёмные узлы выполнены с возможностью обработки навигационных сигналов ГЛОНАСС, GPS, GALILEO, QZSS и SBAS, а третий приёмный узел ГНСС содержит антенну и навигационный блок и выполнен с возможностью обработки навигационных сигналов Beidou, GPS, GALILEO, QZSS и SBAS и ГЛОНАСС.
[9]В качестве датчиков MEMS используют трёхосевой гироскоп, трёхосевой акселерометр, трёхосевой магнитометр.
[10]КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[11]Полезная модель будет более понятной из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
[12]Фиг. 1 – функциональная схема устройства.1 – антенна глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС); 2 –малошумящий усилитель, 3 – двухканальный высокочастотный конвертер, 4 – АЦП; 5 –3навигационный процессор; 6 – центральный процессор; 7 – интерфейс SPI; 8 – блок датчиков MEMS; 9 – датчик скорости, 10 – навигационный блок.
[13]ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
[14]Модуль инерциальной навигационной системы содержит корпус, в котором расположены три приёмных узла ГНСС, соединённых с центральным процессором, оборудованным интерфейсом SPI для получения данных с блоков (8) датчиков MEMS и датчика скорости (10), при этом первый и второй приёмные узлы содержат последовательно соединённые между собой антенну ГНСС (1), малошумящий усилитель (2), двухканальный высокочастотный конвертер (3), два АЦП (4) и навигационный процессор (5), при этом первый и второй приёмные узлы выполнены с возможностью обработки навигационных сигналов ГЛОНАСС, GPS, GALILEO, QZSS и SBAS, а третий приёмный узел ГНСС содержит антенну ГНС (1) и навигационный блок(10), например, ublox max-m10, и выполнен с возможностью обработки навигационных сигналов Beidou, GPS, GALILEO, QZSS и SBAS и ГЛОНАСС.
[15]В качестве датчиков MEMS используют трёхосевой гироскоп, трёхосевой акселерометр, трёхосевой магнитометр.
[16]Блок (8) датчиков MEMS включает 3-х осевые гироскопы, 3-х осевые акселерометры и 3-х осевые магнитометры, измеряет угловые скорости и линейные ускорения и напряженность магнитного поля по трем строительным осям данного блока, соответственно.
[17]Датчик (9) скорости измеряет воздушную скорость летательного средства.
[18]Заявленный модуль работает следующим образом. Навигационные сигналы с несущей частотой 1575,42МГц для GPS, GALILEO, QZSS и SBAS и 1598-1606МГц для ГЛОНАСС принимаются антенной (1) ГНСС первого приемного узла и антенной (1) ГНСС второго приемного узла, навигационные сигналы с несущей частотой 1575,42МГц для Beidou, GPS, QZSS, SBAS, GALILEO и 1598-1606МГц для ГЛОНАСС принимаются антенной (1) ГНС третьего приемного узла. После чего сигналы с каждой из антенн (1)первого и второго приемных узлов поступают на входы соответствующих им малошумящие усилители (2) первого и второго приемных узлов, где происходит усиление принятых сигналов, а сигналы c антенны (1) третьего навигационного узла напрямую поступают на соответствующий навигационный блок (10) третьего навигационного узла, где происходит раздельная обработка навигационных сигналов с несущей частотой 1575,42МГц для Beidou, GPS, QZSS, SBAS, GALILEO и с несущей частотой 1598-1606МГц для ГЛОНАСС, с преобразованием указанных навигационных сигналов в цифровую форму. Затем усиленные сигналы с выходов каждого малошумящего усилителя (2) первого и второго приемных узлов поступают на входы соответствующих им двухканальные высокочастотные конвертеры (3) первого и второго приемных узлов, где в первом канале происходит преобразования на промежуточную4частоту сигналов несущих частот 1598-1606МГц системы ГЛОНАСС и а во втором канале – сигналов с несущей частотой 1575,42 МГц систем GPS, GALILEO, QZSS и SBAS. После чего сигналы с промежуточной частотой с выходов каждого двухканального высокочастотного конвертера (3) поступают на входы пары соответствующих им АЦП (4) первого и второго приемных узлов, где в первом АЦП (4)первого и второго приемных узлов происходит преобразование аналогового сигнала GPS, GALILEO, QZSS и SBAS в цифровую форму, а во втором АЦП (4) первого и второго приемных узлов – преобразование аналогового сигнала ГЛОНАСС в цифровую форму. Затем цифровые сигналы с выходов каждой пары АЦП (4) поступают на входы соответствующих им навигационных процессоров (5) первого и второго приемных узлов, где происходит поиск, обнаружение и вхождение в синхронизацию по задержке дальномерного кода, частоте и несущей фазе принимаемых сигналов. В процессе слежения навигационный процессор (5) выделяет цифровую информацию, передаваемую навигационным космическим аппаратом, и производит измерение псевдодальности и псевдоскорости обрабатываемых сигналов. На основе полученных измерений навигационный процессор (5) осуществляет получение навигационно-временных определений, выходными параметрами которых являются координаты и скорость беспилотного воздушного судна, а также точное время, указанные данные с выходов каждого навигационного процессора (5) и навигационного блока (10) поступают на входы центрального микропроцессора (6), к которому также по последовательному интерфейсу (7) SPI подключены блок (8) датчиков MEMS, передающих данные, содержащие измеренные угловую скорость и ускорение, и датчик (9) скорости, передающий данные, содержащие скорость летательного средства. Центральный микропроцессор (6) производит фильтрацию этих данных в цифровых фильтрах нижних частот, обеспечивая снижение влияния вибраций летательного средства на результат определения местоположения и параметров его измерения. Далее данные акселерометров используются центральным микропроцессором (6) для определения ориентации блока (8) датчика MEMS по углам тангажа и крена, а данные гироскопов пересчитываются в курсовую угловую скорость беспилотного воздушного судна, а данные магнитомера — в магнитный курс. Центральный микропроцессор (6) использует данные курсовой угловой скорости для получения текущего угла курса и уточнения данных о местоположении. С учетом данных ГНСС производится периодическая коррекция угла курса. Центральный микропроцессор (6) также обрабатывает результаты измерений от датчика (9) скорости летательного средства совместно с данными угла курса, преобразует их в данные относительного перемещения. Центральный микропроцессор (6) также сравнивает данные о координатах, полученные с навигационных процессоров и, сравнивая различия между ними, уточняет местоположение летательного аппарата (ЛА), а также вычисляет его истинный курс на5основе разности вычисленных расстояний от спутников до каждой из антенн (1). Так же центральный микропроцессор (6) выполняет анализ погрешностей данных, получаемых от навигационных процессоров (5) и, в случае превышения допустимой погрешности, либо в случае полного пропадания сигнала ГНСС, выполняет вычисление координат и параметров движения ЛА от последней известной точки на основе данных от датчиков MEMS (углов тангажа и крена) и датчика скорости, а курс ЛА корректирует на основе датчика магнитного курса.
[19]Выполнение двух приемных узлов, позволяющих по-отдельности обрабатывать навигационные сигналы GPS, QZSS, SBAS, GALILEO и ГЛОНАСС, позволяет реализовать функцию навигационного компаса – центральный процессор получает данные (координаты) от двух разнесенных в пространстве антенн, что позволяет вычислить вектор направления между этими антеннами. Такой компас является более точным, чем магнитный, поскольку последний подвержен влиянию паразитных магнитных полей от металлоконструкций и силовых проводников. Выполнение третьего приёмного узла, позволяющего обрабатывать навигационные сигналы Beidou, GPS,QZSS, SBAS, GALILEO и ГЛОНАСС, позволяет сравнивать данные, полученные первыми двумя приёмными узлами, с данными от третьей антенны (в том числе, от системы Beidou), что позволяет выявить невалидные данные, вызванные электромагнитными помехами и отражениями сигналов.
[20]Полезная модель была раскрыта выше со ссылкой на конкретный вариант её осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления полезной модели, не меняющие её сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, полезную модель следует считать ограниченной по объему только ниже следующей формулой полезной модели.
