基于卫星导航与MEMS惯导的组合定位系统

摘要

本申请涉及一种基于卫星导航与MEMS惯导的组合定位系统；包括：GNSS接收机，用于实时输出卫星信号观测数据；INS惯导模块，利用内置的MEMS传感器检测并输出惯性测量数据，以及接收误差补偿值并对惯性测量数据进行校正；第一数据处理模块配置为根据惯性测量数据计算姿态信息，计算并反馈误差补偿值到INS惯导模块进行校正，以及结合所述惯性测量数据和卫星信号观测数据进行定位计算得到组合导航定位信息；第二数据处理模块配置为接收外部设备在目标时刻的定位请求，获取目标时刻的组合导航定位信息及姿态信息，通过融合计算实时导航定位信息返回至外部设备。该技术方案，实现低成本高精度的组合导航，在定位频率较低和MEMS惯导精度较低的情况下，提升定位精度。

权利要求

1.一种基于卫星导航与MEMS惯导的组合定位系统，其特征在于，包括：GNSS接收机，INS惯导模块，第一数据处理模块以及第二数据处理模块；

所述GNSS接收机用于实时输出卫星信号观测数据至第一数据处理模块；

所述INS惯导模块利用内置的MEMS传感器检测并输出惯性测量数据至第一数据处理模块，以及接收第一数据处理模块反馈的误差补偿值并对所述输出的惯性测量数据进行校正；

所述第一数据处理模块配置为根据所述惯性测量数据计算姿态信息，计算并反馈误差补偿值到INS惯导模块进行校正，以及结合所述惯性测量数据和所述卫星信号观测数据进行定位计算得到组合导航定位信息；包括：根据所述惯性测量数据计算实时的姿态信息；将卫星信号观测数据与惯性测量数据进行相减计算差值，将所述差值输入到内置的卡尔曼滤波器估算所述INS惯导模块的测量累计误差，并根据所述测量累计误差计算出的误差补偿值反馈到INS惯导模块；接收所述INS惯导模块校正后的惯性测量数据，输入卡尔曼滤波器计算测量结果，以及结合所述惯性测量数据和所述卫星信号观测数据进行定位计算得到组合导航定位信息；

所述第二数据处理模块与第一数据处理模块同步运行，所述第二数据处理模块配置为接收外部设备在目标时刻的定位请求，从所述第一数据处理模块获取目标时刻的组合导航定位信息及姿态信息；根据所述目标时刻的组合导航定位信息及姿态信息进行融合计算实时导航定位信息，并返回至外部设备进行解算得到所述目标时刻的实时导航定位信息及实时姿态信息；

所述第二数据处理模块采用高速时钟进行计时，并与第一数据处理模块进行同步；

当所述第一数据处理模块每完成一次定位计算得到组合导航定位信息后，将所述高速时钟清零并设置为初始同步时刻重新计时，以及将计算得到的组合导航定位信息设置为下一次定位计算的所述初始同步时刻对应的初始定位信息；

当对目标时刻进行定位时，所述第二数据处理模块接收外部设备发出的控制信号，以中断方式实时响应，并向所述第一数据处理模块发送中断控制信号请求获取目标时刻的组合导航定位信息及姿态信息；

所述第一数据处理模块将组合导航定位信息及所述INS惯导模块输出的实时惯性测量数据传输到第二数据处理模块；

所述第二数据处理模块对所述组合导航定位信息及实时惯性测量数据进行数据融合处理，得到实时姿态信息及目标时刻相对于初始同步时刻之间的位移信息，以及根据所述初始同步时刻的初始定位信息及所述位移信息计算得到目标时刻的实时导航定位信息，将所述实时姿态信息及实时导航定位信息传输到外部设备进行解算使用。

2.根据权利要求1所述的基于卫星导航与MEMS惯导的组合定位系统，其特征在于，所述GNSS接收机以最大频率实时输出卫星信号观测数据至第一数据处理模块；所述INS惯导模块利用内置的MEMS传感器以最大频率检测并输出惯性测量数据至第一数据处理模块。

3.根据权利要求1所述的基于卫星导航与MEMS惯导的组合定位系统，其特征在于，所述第二数据处理模块根据所述目标时刻的INS惯导模块的MEMS传感器测量的加速度及角加速度进行积分得到所述目标时刻的位移信息及实时姿态信息，叠加所述初始同步时刻的初始定位信息得到所述目标时刻的位置信息，对所述位置信息进行坐标转换得到目标时刻的实时导航定位信息。

4.根据权利要求3所述的基于卫星导航与MEMS惯导的组合定位系统，其特征在于，在所述目标时刻，当所述第一数据处理模块接收到第二数据处理模块发送的中断控制信号时，寻找离所述目标时刻最接近的定位计算时刻点的第一卫星信号观测数据和第一惯性测量数据，以及下一个定位计算时刻点的第二卫星信号观测数据和第二惯性测量数据；

根据所述第一卫星信号观测数据和第一惯性测量数据，第二卫星信号观测数据和第二惯性测量数据，以及所述目标时刻、最接近的定位计算时刻点和下一个定位计算时刻点进行拟合计算得到所述目标时刻对应的组合导航定位信息。

5.根据权利要求1‑4任一项所述的基于卫星导航与MEMS惯导的组合定位系统，其特征在于，所述INS惯导模块包括：由n个MEMS传感器组成的MEMS传感器阵列以及解算单元，其中，n≥2；各个所述MEMS传感器分别连接解算单元；

所述解算单元配置为分别读取各个MEMS传感器输出的第一测量数据，利用各个MEMS传感器对应的独立的第一校正系数对所述第一测量数据进行加权校正，对各个校正后的第一测量数据进行融合处理得到第二测量数据，利用第二校正系数对所述第二测量数据进行校正得到所述惯性测量数据。

6.根据权利要求5所述的基于卫星导航与MEMS惯导的组合定位系统，其特征在于，所述INS惯导模块采用模拟并行I2C总线连接各个所述MEMS传感器；

各个所述MEMS传感器在设定的时钟脉冲信号的控制下采集第一测量数据。

7.根据权利要求6所述的基于卫星导航与MEMS惯导的组合定位系统，其特征在于，所述解算单元配置为：根据设定的取值范围随机产生n个（0,1）之间的随机数作为第一校正系数；

获取每次第一数据处理模块每次反馈的误差补偿值，根据所述误差补偿值拟合误差补偿曲线，并计算误差补偿曲线的斜率值；

计算所述第一校正系数的离散度，根据所述斜率值及离散度调整产生所述第一校正系数的随机数取值，使得所述斜率值在设定取值范围内。

说明书

基于卫星导航与MEMS惯导的组合定位系统

技术领域

[0001] 本申请涉及导航定位技术领域，尤其是一种基于卫星导航与MEMS惯导的组合定位系统。

背景技术

[0002] 目前，卫星高精度定位技术广泛应用于各个领域和载体，例如人员、车辆、飞机、船只等。在某些应用领域中，需要确定某个时刻点载体的精确位置，作为主要的定位导航手段，全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)的定位频率约为10Hz，对应的时间精度为100ms。

[0003] 为了提高定位精确性，通常会采用组合导航方式，卫星导航和惯性导航(Inertial Navigation System，INS)是组合导航系统常用的两种定位手段，可以提升载体的定位精度和稳定性。惯性导航可以采用光纤惯导和MEMS(Microelectro Mechanical Systems，微机电系统)惯导，相对于高成本的光纤惯导而言，MEMS惯导是采用成本较低的MEMS惯性定位器件，采样率可以基本达到200Hz以上，时间精度能达到5ms以上。

[0004] 常用的基于卫星导航与MEMS的组合导航，定位频率为100Hz，精度约为10ms左右；对于某些应用场景而言，特别是对于根据轨迹进行飞行控制的高速载体，10ms左右的定位频率是远远不够的；难以满足高速载体的飞控精度需求。

发明内容

[0005] 针对于上述技术缺陷之一，本申请提供一种基于卫星导航与MEMS惯导的组合定位系统，提高了基于卫星导航和MEMS惯导的组合导航的定位精度，在有效降低定位成本的基础上，提升高速载体的飞控精度。

[0006] 一种基于卫星导航与MEMS惯导的组合定位系统，包括：GNSS接收机，INS惯导模块，第一数据处理模块以及第二数据处理模块；

[0007] 所述GNSS接收机用于实时输出卫星信号观测数据至第一数据处理模块；

[0008] 所述INS惯导模块利用内置的MEMS传感器检测并输出惯性测量数据至第一数据处理模块，以及接收第一数据处理模块反馈的误差补偿值并对所述输出的惯性测量数据进行校正；

[0009] 所述第一数据处理模块配置为根据所述惯性测量数据计算姿态信息，计算并反馈误差补偿值到INS惯导模块进行校正，以及结合所述惯性测量数据和所述卫星信号观测数据进行定位计算得到组合导航定位信息；

[0010] 所述第二数据处理模块与第一数据处理模块同步运行，所述第二数据处理模块配置为接收外部设备在目标时刻的定位请求，从所述第一数据处理模块获取目标时刻的组合导航定位信息及姿态信息；根据所述目标时刻的组合导航定位信息及姿态信息进行融合计算实时导航定位信息，并返回至外部设备进行解算得到所述目标时刻的实时导航定位信息及实时姿态信息。

[0011] 在一个实施例中，所述GNSS接收机以最大频率实时输出卫星信号观测数据至第一数据处理模块；所述INS惯导模块利用内置的MEMS传感器以最大频率检测并输出惯性测量数据至第一数据处理模块。

[0012] 在一个实施例中，所述第一数据处理模块配置为根据所述惯性测量数据计算实时的姿态信息；将卫星信号观测数据与惯性测量数据进行相减计算差值，将所述差值输入到内置的卡尔曼滤波器估算所述INS惯导模块的测量累计误差，并根据所述测量累计误差计算出的误差补偿值反馈到INS惯导模块；接收所述INS惯导模块校正后的惯性测量数据，输入卡尔曼滤波器计算测量结果，以及结合所述惯性测量数据和所述卫星信号观测数据进行定位计算得到组合导航定位信息。

[0013] 在一个实施例中，所述第二数据处理模块采用高速时钟进行计时，并与第一数据处理模块进行同步；

[0014] 当所述第一数据处理模块每完成一次定位计算得到组合导航定位信息后，将所述高速时钟清零并设置为初始同步时刻重新计时，以及将所述计算得到的组合导航定位信息设置为下一次定位计算的所述初始同步时刻对应的初始定位信息。

[0015] 在一个实施例中，当对目标时刻进行定位时，所述第二数据处理模块接收外部设备发出的控制信号，以中断方式实时响应，并向所述第一数据处理模块发送中断控制信号请求获取目标时刻的组合导航定位信息及姿态信息；

[0016] 所述第一数据处理模块将组合导航定位信息及所述INS惯导模块输出的实时惯性测量数据传输到第二数据处理模块；

[0017] 所述第二数据处理模块对所述组合导航定位信息及实时惯性测量数据进行数据融合处理，得到实时姿态信息及目标时刻相对于初始同步时刻之间的位移信息，以及根据所述初始同步时刻的初始定位信息及所述位移信息计算得到目标时刻的实时导航定位信息，将所述实时姿态信息及实时导航定位信息传输到外部设备进行解算使用。

[0018] 在一个实施例中，所述第二数据处理模块根据所述目标时刻的INS惯导模块的MEMS传感器测量的加速度及角加速度进行积分得到所述目标时刻的位移信息及实时姿态信息，叠加所述初始同步时刻的初始定位信息得到所述目标时刻的位置信息，对所述位置信息进行坐标转换得到目标时刻的实时导航定位信息。

[0019] 在一个实施例中，在所述目标时刻，当所述第一数据处理模块接收到第二数据处理模块发送的中断控制信号时，寻找离所述目标时刻最接近的定位计算时刻点的第一卫星信号观测数据和第一惯性测量数据，以及下一个定位计算时刻点的第二卫星信号观测数据和第二惯性测量数据；

[0020] 根据所述第一卫星信号观测数据和第一惯性测量数据，第二卫星信号观测数据和第二惯性测量数据，以及所述目标时刻、最接近的定位计算时刻点和下一个定位计算时刻点进行拟合计算得到所述目标时刻对应的组合导航定位信息。

[0021] 在一个实施例中，所述INS惯导模块包括：由n个MEMS传感器组成的MEMS传感器阵列以及解算单元，其中，n≥2；各个所述MEMS传感器分别连接解算单元；

[0022] 所述解算单元配置为分别读取各个MEMS传感器输出的第一测量数据，利用各个MEMS传感器对应的独立的第一校正系数对所述第一测量数据进行加权校正，对各个校正后的第一测量数据进行融合处理得到第二测量数据，利用第二校正系数对所述第二测量数据进行校正得到所述惯性测量数据。

[0023] 在一个实施例中，所述INS惯导模块采用模拟并行I2C总线连接各个所述MEMS传感器；

[0024] 各个所述MEMS传感器在设定的时钟脉冲信号的控制下采集第一测量数据。

[0025] 在一个实施例中，所述解算单元配置为：

[0026] 根据设定的取值范围随机产生n个(0,1)之间的随机数作为第一校正系数；

[0027] 获取每次第一数据处理模块每次反馈的误差补偿值，根据所述误差补偿值拟合误差补偿曲线，并计算误差补偿曲线的斜率值；

[0028] 计算所述第一校正系数的离散度，根据所述斜率值及离散度调整产生所述第一校正系数的随机数取值，使得所述斜率值在设定取值范围内。

[0029] 本申请的基于卫星导航与MEMS惯导的组合定位系统，基于卫星定位的GNSS接收机以及采用消费级的MEMS传感器的INS惯导模块组合定位；通过第一数据处理模块利用卫星信号观测数据和惯性测量数据进行定位计算和惯性测量数据校正获得组合导航定位信息；通过同步运行的第二数据处理模块响应外部设备的定位请求，从第一数据处理模块获取目标时刻的组合导航定位信息及姿态信息，以此融合计算出实时导航定位信息及实时姿态信息返回至外部设备。该技术方案，实现低成本高精度的组合导航，在定位频率较低和MEMS惯导精度较低的情况下，能够精确确定某个时刻点载体位置，载体的定位结果更精确、稳定，不容易受干扰，提升了高速载体的飞控精度。

[0030] 进一步的，INS惯导模块采用MEMS传感器阵列的测量方式，克服了MEMS传感器自身的工艺条件限制，通过解算单元对每个MEMS传感器单独进行加权校准，并对测量数据进行融合处理后再进行整体校准输出惯性测量数据，提高了MEMS惯导的测量精度，有效改善MEMS传感器的随机噪声，提高了INS惯导模块测量数据的可靠性。

[0031] 更进一步的，解算单元通过误差补偿值拟合误差补偿曲线，结合误差补偿曲线斜率值变化和随机数的离散度，并以此为依据调整产生的第一校正系数的分布，从而可以降低MEMS传感器的存在的测量误差，使得MEMS传感器阵列经过校正之后能够输出更为精确的测量结果，从而极大提升了MEMS惯导的测量精度。

[0032] 本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

[0033] 本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0034] 图1是一个示例的基于卫星导航与MEMS惯导的组合定位系统结构示意图；

[0035] 图2是一个示例的组合定位系统工作时序图；

[0036] 图3是一个示例的实时导航定位信息计算示意图；

[0037] 图4是一个实施例的INS惯导模块结构示意图；

[0038] 图5是一个示例的加权校正示意图；

[0039] 图6是一个示例的模拟并行I2C总线示意图；

[0040] 图7是一个示例的第一校正系数生成示意图。

具体实施方式

[0041] 下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

[0042] 本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作。

[0043] 参考图1所示，图1是一个示例的基于卫星导航与MEMS惯导的组合定位系统结构示意图，包括：GNSS接收机，INS惯导模块，第一数据处理模块以及第二数据处理模块；如图示，GNSS接收机和INS惯导模块分别连接第一数据处理模块；第二数据处理模块连接第一数据处理模块，并连接外部设备。

[0044] 如上述的组合定位系统，GNSS接收机用于实时输出卫星信号观测数据至第一数据处理模块；具体的，从GNSS接收机实时输出高精度的卫星信号观测数据(伪距、伪距率)到第一数据处理模块。

[0045] INS惯导模块利用内置的MEMS传感器检测并输出惯性测量数据至第一数据处理模块，以及接收第一数据处理模块反馈的误差补偿值并对输出的惯性测量数据进行校正；具体的，INS惯导模块采用消费级的MEMS传感器器件，基于较低设备成本基础上实现组合导航。

[0046] 在常规工作状态下，GNSS接收机以最大频率实时输出卫星信号观测数据至第一数据处理模块；INS惯导模块利用内置的MEMS传感器以最大频率检测并输出惯性测量数据至第一数据处理模块。

[0047] 第一数据处理模块配置为根据惯性测量数据计算实时的姿态信息，计算并反馈误差补偿值到INS惯导模块进行校正，以及结合惯性测量数据和卫星信号观测数据进行定位计算得到组合导航定位信息。

[0048] 在一实施例中，第一数据处理模块配置为根据惯性测量数据计算实时的姿态信息；将卫星信号观测数据与惯性测量数据进行相减计算差值，将差值输入到内置的卡尔曼滤波器估算INS惯导模块的测量累计误差，并根据测量累计误差计算出的误差补偿值反馈到INS惯导模块；接收INS惯导模块校正后的惯性测量数据，输入卡尔曼滤波器计算测量结果，以及结合惯性测量数据和卫星信号观测数据进行定位计算得到组合导航定位信息。

[0049] 第二数据处理模块与第一数据处理模块同步运行，第二数据处理模块配置为接收外部设备在目标时刻的定位请求，从第一数据处理模块获取目标时刻的组合导航定位信息及姿态信息；根据目标时刻的组合导航定位信息及姿态信息进行融合计算实时导航定位信息，并返回至外部设备进行解算得到目标时刻的实时导航定位信息及实时姿态信息。

[0050] 在一实施例中，第二数据处理模块采用高速时钟进行计时，并与第一数据处理模块进行同步；当第一数据处理模块每完成一次定位计算得到组合导航定位信息后，将高速时钟清零并设置为初始同步时刻重新计时，以及将计算得到的组合导航定位信息设置为下一次定位计算的初始同步时刻对应的初始定位信息。

[0051] 本申请的基于卫星导航与MEMS惯导的组合定位系统，基于卫星定位的GNSS接收机以及采用消费级的MEMS传感器的INS惯导模块组合定位；通过第一数据处理模块利用卫星信号观测数据和惯性测量数据进行定位计算和惯性测量数据校正获得组合导航定位信息；通过同步运行的第二数据处理模块响应外部设备的定位请求，从第一数据处理模块获取目标时刻的组合导航定位信息及姿态信息，以此融合计算出实时导航定位信息及实时姿态信息返回至外部设备。该技术方案，实现低成本高精度的组合导航，在定位频率较低和MEMS惯导精度较低的情况下，能够精确确定某个时刻点载体位置，载体的定位结果更精确、稳定，不容易受干扰，提升了高速载体的飞控精度。

[0052] 为了更加清晰基于卫星导航与MEMS惯导的组合定位系统的技术方案，下面阐述更多实施例。

[0053] 在一个实施例中，对于组合定位系统，当对目标时刻进行定位时，第二数据处理模块接收外部设备发出的控制信号，以中断方式实时响应，并向第一数据处理模块发送中断控制信号请求获取目标时刻的组合导航定位信息及姿态信息；第一数据处理模块将组合导航定位信息及INS惯导模块输出的实时惯性测量数据传输到第二数据处理模块；第二数据处理模块对组合导航定位信息及实时惯性测量数据进行数据融合处理，得到实时姿态信息及目标时刻相对于初始同步时刻之间的位移信息，以及根据初始同步时刻的初始定位信息及位移信息计算得到目标时刻的实时导航定位信息，将实时姿态信息及实时导航定位信息传输到外部设备进行解算使用。

[0054] 进一步的，第二数据处理模块根据目标时刻的INS惯导模块的MEMS传感器测量的加速度及角加速度进行积分得到目标时刻的位移信息及实时姿态信息，叠加初始同步时刻的初始定位信息得到目标时刻的位置信息，对位置信息进行坐标转换得到目标时刻的实时导航定位信息。

[0055] 具体的，第二数据处理模块采用高速时钟运行并与第一数据处理模块同步，常规工作状态下，第一数据处理模块每次完成组合导航定位信息定位时，将高速时钟清零并重新计时，参考图2，图2是一个示例的组合定位系统工作时序图。如图中，假设初始同步时刻为t0，需要进行定位的特定时刻为t1时刻，则第一数据处理模块需要计算t1时刻对应的组合导航定位信息。

[0056] 在为外部设备提供实时导航定位信息时，外部设备发出控制信号向第二数据处理模块请求，第二数据处理模块以中断方式实时响应，并向第一数据处理模块请求获取当前的组合导航定位信息及姿态信息。

[0057] 在t2时刻，第一数据处理模块将组合导航定位信息及INS惯导模块输出的实时测量数据传输到第二数据处理模块。

[0058] 在t3时刻，第二数据处理模块完成对组合导航定位信息及实时测量数据的数据融合处理过程，第二数据处理模块计算得到姿态信息及t1‑t0时间段内的位移信息，结合t0时刻的初始定位信息，可以计算出t1时刻的实时导航定位信息。参考图3，图3是一个示例的实时导航定位信息计算示意图，通过测量t1时刻的INS惯导模块的加速度及角加速度，经过两次积分后可以得到t1时刻的位移信息及姿态信息，在此基础上加上t0时刻的初始位置信息P0，可以得到t1时刻的位置信息P1，再对该位置信息进行坐标转换得到t1时刻的组合导航定位信息，如图中，假设t1时刻的位置信息为P1，夹角为θ，位移信息为P0P1，对应积分得到结果dP1＝(dx1，dy1，dz1)，最后得到P1的组合导航定位信息为(x1，y1，z1)。

[0059] 在t4时刻，实时姿态信息及实时导航定位信息传输到外部设备，外部设备对实时姿态信息及实时导航定位信息进行解算。

[0060] 在t5时刻，外部设备完成对实时姿态信息及实时导航定位信息的解算过程，得到了t1时刻的定位信息及姿态信息。

[0061] 上述实施例的技术方案中，t0时刻为常规组合导航定位的同步时刻，是第二数据处理模块的计时参考点；t1为外部设备所需要定位的目标时刻，第二数据处理模块通过内部高速时钟来确定t1相对于t0的具体时间值；t2‑t1时间段为第一数据处理模块传输组合导航定位信息及读取INS惯导模块输出的实时测量数据所需时间(通常为一固定值)；t3‑t2时间段是第二数据处理模块进行对组合导航定位信息及实时测量数据的数据融合处理所需要的时间(在误差范围内可以认为是固定的)；t4‑t3时间段是实时姿态信息及实时导航定位信息从第二数据处理模块到外部设备所需要的传输时间(通常为一固定值)；t5‑t4时间段是外部设备对实时姿态信息及实时导航定位信息进行解码所需要的时间(通常为一固定值)。

[0062] 如上述实施例的技术方案，在常规工作状态下，第一数据处理模块可以实时计算组合导航定位信息及姿态信息，第二数据处理模块利用高速时钟与第一数据处理模块同步，当需要对特定的目标时刻进行定位时，由第二数据处理模块接收外部设备的定位请求并从第一数据处理模块获取组合导航定位信息及惯性测量数据，从而计算出目标时刻的实时导航定位信息及实时姿态信息返回至外部设备进行使用，能够精确确定目标时刻点的实时导航定位信息和实时姿态信息，对载体的位置定位更精确、稳定，且不容易受干扰。

[0063] 在一个实施例中，在常规工作状态下，第一数据处理模块可以实时计算组合导航定位信息及姿态信息，由于外部设备需要进行定位的目标时刻可能位于t0‑t1时间段内，据此，为了提高定位精准度，第一数据处理模块接收到第二数据处理模块发送的中断控制信号时，寻找离目标时刻最接近的定位计算时刻点的第一卫星信号观测数据和第一惯性测量数据，以及下一个定位计算时刻点的第二卫星信号观测数据和第二惯性测量数据；根据第一卫星信号观测数据和第一惯性测量数据，第二卫星信号观测数据和第二惯性测量数据，以及目标时刻、最接近的定位计算时刻点和下一个定位计算时刻点进行拟合计算得到目标时刻对应的组合导航定位信息。

[0064] 具体地，GNSS接收机进行高精度卫星定位，INS惯导模块进行高频率的载体姿态数据采集，载体把需要定位的目标时刻T0通过中断方式实时向第二数据处理模块发送定位请求，第二数据处理模块向第一数据处理模块发送中断控制信号，第一数据处理模块查找离目标时刻T0时刻最近的T1时刻的GNSS接收机的卫星信号观测数据和INS惯导模块的惯性测量数据，并采集下一时刻点T2时刻的卫星信号观测数据和惯性测量数据，根据T1时刻和T2时刻的卫星信号观测数据和惯性测量数据，结合T1时刻、T2时刻分别与之间的T0时刻的时间差值Δt01＝T0‑T1，Δt20＝T2‑T0；根据时间差值Δt01和Δt20对T0时刻的卫星信号观测数据和惯性测量数据进行拟合计算，并利用最小二乘滤波或者卡尔曼滤波得到T0时刻的实时导航定位信息及实时姿态信息。

[0065] 如上述实施例的技术方案，在接收到外部设备在目标时刻的定位请求时，利用最近时刻及下一个时刻的卫星信号观测数据和惯性测量数据进行拟合计算得到所需要定位的目标时刻所对应的实时导航定位信息及实时姿态信息，从而可以进一步提升定位精确度。

[0066] 在本申请实施例的技术方案中，为了有效地降低设备成本，采用了消费级的MEMS传感器，但是由于MEMS器件自身的工艺条件限制，消费级MEMS器件存在量化误差、随机游走、零偏不稳定性噪声、非线性和热不稳定等影响，容易存在较大的测量误差。

[0067] 为了提高INS惯导模块的测量精度，本实施例进一步采用了MEMS传感器阵列的结构；具体的，参考图4所示，图4是一个实施例的INS惯导模块结构示意图，包括：由n个MEMS传感器组成的MEMS传感器阵列以及解算单元，如图中MEMS1，MEMS2，……，MEMS n，n≥2；各个MEMS传感器分别连接解算单元；解算单元配置为分别读取各个MEMS传感器输出的第一测量数据，利用各个MEMS传感器对应的独立的第一校正系数对第一测量数据进行加权校正，对各个校正后的第一测量数据进行融合处理得到第二测量数据，利用第二校正系数对第二测量数据进行校正得到惯性测量数据。

[0068] 如图5所示，图5是一个示例的加权校正示意图；假设各个MEMS传感器对应的第一校正系数为k1，k2，……，kn，第二校正系数为K，则首先通过k1，k2，……，kn分别对MEMS1，MEMS2，……，MEMS n进行校正，然后再通过K对融合的第二测量数据进行校正输出惯性测量数据。

[0069] 假设各个MEMS传感器的MEMS1，MEMS2，……，MEMS n分别对应测量的第一测量数据为q1，q2，……，qn，输出的惯性测量数据为Q，则在一个示例中，对应的计算公式可以表示如下：

[0070]

[0071] 如上述实施例的技术方案，INS惯导模块采用MEMS传感器阵列的测量方式，克服了MEMS传感器自身的工艺条件限制，通过解算单元对每个MEMS传感器单独进行加权校准，并对测量数据进行融合处理后，再对MEMS阵列模块进行加权校准，在整体校准后输出惯性测量数据，提高了MEMS惯导的测量精度，有效改善MEMS传感器的随机噪声，提高了INS惯导模块测量数据的可靠性。

[0072] 为了进一步提升检测MEMS传感器的测量精度，确保同一时刻对每个MEMS传感器进行测量。本申请实施例的INS惯导模块，采用模拟并行I2C总线连接各个MEMS传感器；各个MEMS传感器在设定的时钟脉冲信号的控制下采集第一测量数据；MEMS传感器的通信接口采用I2C接口或者SPI接口；如图6所示，图6是一个示例的模拟并行I2C总线示意图，如图示，MEMS1，MEMS2，……，MEMS n对应的通信接口为I2C1，I2C2，……，I2Cn，在时钟脉冲信号CLK的控制下，各个通信接口的工作时序如图，在时钟脉冲信号CLK上升沿执行一个通信接口的通信，各个I2C接口错开，在设定数量的时钟脉冲数内完成一次所有的通信接口的通信，可以实现并行I2C总线效果。

[0073] 如上述实施例的技术方案，考虑到按常规方式时接口通信时间较长，相差可达ms级别，采用了模拟并行I2C总线的方案，可以准确获取同一时刻的MEMS测量值，各个MEMS传感器同时读取测量数据，进一步提高了MEMS惯导的测量精度。

[0074] 在一个实施例中，如上述MEMS传感器阵列的技术方案中，由于消费级MEMS器件的量化误差、随机游走、零偏不稳定性噪声、非线性和热不稳定等，而MEMS传感器阵列中所使用的第一校正系数对于其准确性至关重要。

[0075] 据此，为了进一步提升校正效果，获取更优的第一校正系数以对各个MEMS传感器进行精确校正，本实施例的解算单元还可以配置为如下：

[0076] 根据设定的取值范围随机产生n个(0,1)之间的随机数作为第一校正系数；获取每次第一数据处理模块每次反馈的误差补偿值，根据所述误差补偿值拟合误差补偿曲线，并计算误差补偿曲线的斜率值；计算所述第一校正系数的离散度，根据所述斜率值及离散度调整产生所述第一校正系数的随机数取值，使得所述斜率值在设定取值范围内。

[0077] 具体地，首先产生随机分布一个随机数集合[sn]，作为第一校正系数k1，k2，……，kn；第一数据处理模块每次会反馈的误差补偿值m，然后根据m拟合误差补偿曲线，根据误差补偿曲线可以计算其斜率值x，并通过斜率值x确定其变化趋势，基于随机数集合[sn]的各个元素计算其离散度j，可以确定第一校正系数k1，k2，……，kn的分布状态；结合斜率值x所确定的变化趋势，为了要控制误差补偿曲线，使得斜率值x在设定取值范围内，通过调整随机数取值的离散度j来使得误差补偿曲线更加平稳。

[0078] 如图7所示，图7是一个示例的第一校正系数生成示意图，解算单元通过读取到误差补偿值，结合拟合的误差补偿曲线及斜率值x和离散度j，并以此为依据调整第一校正系数，从而可以降低MEMS传感器的存在的测量误差，使得MEMS传感器阵列经过校正之后能够输出更为精确的测量结果，从而极大提升了MEMS惯导的测量精度。

[0079] 以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。