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　　3 紧耦合GPS /惯导组合系统硬件设计

　　GPS /惯导紧耦合系统硬件可以分为五个部分，其结构如图3所示。

图3 紧耦合GPS /S INS系统硬件组织设计图

　　( 1)数据采集部分， 由GPS接收天线、GPS OEM板、陀螺仪、加速度计、数据采集卡和双口RAM 组成。其中， 数据采集卡应具有不同的采样频率， 能够同时采集模拟信号和数字信号， 由8051单片机加上一些外围芯片组成的数据采集卡；也可以使用专用的GPS+ 惯导系统数据采集卡， 如TMS320C25数据采集卡。在GPS、惯导系统与导航数据处理器( CPU )之间的数据传输可以利用双口RAM， 以实现数据的快速存取。

　　( 2)导航数据处理部分， 采用单片机(如80196单片机或8086 /8087单片机) ， 通过总线从ROM 中将应用程序调入导航处理器( CPU )进行数据处理，处理结果再次放回总线， 对惯性测量器件进行误差补偿、辅助GPS OEM 板的信号跟踪环路、显示导航信息、传输到控制系统和外部通信接口等。此外， 还负责系统部件的协调与管理， 维护系统的正常运行。

　　( 3)用户界面部分是人机对话的工作平台， 由液晶显示器和输入键盘组成， 显示导航信息， 对导航系统进行人工干预。

　　( 4)电源部分， 由电源模板、电子模板、高压甚高压模板和配电系统构成， 为GPS OEM 板、惯导系统、数据采集卡、以及导航数据处理器等提供各种标准电源支持。

　　( 5)通信接口部分包括系统内部元件接口通信和系统与外部接口通信， 前者采用M IL STD1553总线；后者将外部测量数据传入系统， 如气压测高数据、雷达测量数据等， 以对系统进行校正或多系统组合导航， 也可以将系统内部数据传输到其它设备。

　　4 紧耦合GPS /惯导组合系统软件设计

　　GPS /惯导组合导航系统设备包括8 个软件功能模块， 各个功能模块之间的连接如图4所示:

　　( 1)系统启动与自检模块， 负责系统设备开启，检测设备部件的运行状况， 对异常情况及时报警， 提示工作人员给予相应的指示操作。

　　( 2)系统管理模块， 负责系统设备的协调、管理、数据存储与清理工作。

　　( 3)系统初始化模块， 使用GPS 进行快速定位和姿态测定， 实现惯导系统的初始对准。

　　( 4)数字信号处理模块， 负责GPS接收机的数字信号处理。

　　( 5)数据采集模块， 负责GPS、惯导系统基本观测量的数据提取， A /D转换等工作。

　　( 6)数据传输模块， 将GPS、惯导基本观测量的数据传输到CPU， 进行导航数据处理， 将最终导航信息传输到导航显示设备和控制系统等。

　　( 7)导航数据处理模块， 负责各种导航算法的实现。

　　( 8)用户界面模块， 提供用户界面， 具有显示导航信息、数据查询和错误提示等功能。

图4 GPS /惯导组合导航系统软件模块化实现框图

　　5 结束语

　　基于微处理器强大的计算和通信能力， 解决对主被动导航的多传感器数据融合问题， 克服了GPS导航机动性能差、卫星信号失锁、惯导系统误差随时间漂移的主要缺点， 取长补短。使组合导航系统既增大了等效噪声带宽， 保证在高动态环境下对卫星信号的稳定跟踪， 又提高了接收机的抗干扰性能、系统可靠性能和容错性能， 从而输出平滑连续的导航信息。

关键词： GPS导航 惯性导航 组合导航 紧耦合