国内首款软、硬件开源GNSS/INS组合导航开发平台（一）

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前言

近年来，随着自动驾驶、无人机等新兴领域的快速发展，这些领域对于导航系统的依赖越来越强，并且伴随着这些领域对于系统可靠性的的要求越来越高，如何提高卫星导航的精度、完好性也成了各大接收机厂商纷纷关注的重点。其中RTK技术的应用，将卫星导航的精度从米级提高到了厘米级别；GNSS+INS组合导航技术的应用，弥补了卫星导航容易受遮挡、干扰从而无法连续提供可靠位置信息的缺点；双天线定向技术的应用，填补了电子罗盘易受电磁场干扰的缺陷。卫星导航加惯性导航的组合导航系统已经成为自动驾驶、无人机行业的标配，未来随着MEMS器件的进一步发展，组合导航系统的应用将会更加的广泛。

一、为什么开源？

众所周知，GNSS/INS的组合模式分为松耦合（LC）,紧耦合（TC）,深耦合（DC）。松耦合是直接利用GNSS输出的导航信息与INS进行组合，接收机本身保持独立，这种方式实现简单，目前绝大多数组合导航均采用该方式。紧耦合将GNSS输出的观测量（伪距、伪距率）与INS模块输出的惯性测量结果相互作用输出给卡尔曼滤波器，用于估计INS模块测量累计误差，经过一系列计算后，结合GNSS定位结果最终得到组合导航解。深耦合在紧耦合的基础上，将INS的惯性数据作为GNSS解算的一部分。通过INS准确的相对多普勒变化信息，辅助接收机信号环路跟踪，提高恶劣环境下多普勒的估计准确度，从而提高载波相位、伪距等观测量的精度和连续性，减少观测量中断和跳变的问题，从而有效提高组合导航精度和可靠性。不难发现，上述三种组合方式中，松耦合和紧耦合可以完全脱离接收机的基带信号处理独立进行解算，唯独第三种深耦合算法需要GNSS/INS相互作用才能发挥深耦合算法的最大能力。鉴于此，我们团队打算开源一款可以打通GNSS和INS之间技术壁垒的开源软硬件平台，帮助该领域工程师获得一款高效的开发工具，以期快速验证自己的组合导航算法，并最终实现量产以及商业化。

二、开源都包含什么？

1.硬件

团队计划将项目涉及的sch、pcb、bom均上传至百度网盘，开发者均可下载维护。

1.1 处理器平台

本工程的处理器平台将采用Xilinx公司的ZYNQ XC7Z020。

1.2 IMU惯性测量器件

本工程的IMU选用TDK的六轴姿态传感器IIM-46234。

1.3 基本硬件信息

（1）板载Xilinx ZYNQ XC7Z020-CLG400；

（2）板载32bit、1GByteDDR3大容量内存；

（3）板载256Mbit QSPI FLASH;

（4）板载TDK IIM-462346六轴姿态传感器；

（5）板载5片Max2771 GNSS射频套片；

（6）板载1片ADC3223 12bit模数转换器；

（7）板载TDK高精度6轴MEMS传感器ICM-46288-P；

（8）板载BOSCH高精度电子罗盘BMM-150；

（9）板载TDK高准确度气压传感器ICP-20100；

（10）板载Type-C接口的Xilinx下载线；

（11）板载8GByte SD卡存储器，存储GNSS观测量、IMU测量值，通过Type-C当U盘访问；

（12）板载100M以太网接口；

（13）双mmcx射频口，单板实现测向功能；

（14）硬件接口兼容Novtel、和芯星通等主流OEM板。

2.软件

本工程的开发平台采用Xilinx公司的ZYNQ XC7Z020，该芯片包含两个ARM Cortex-A9的软核（PS）以及可编程逻辑单元（PL）。接收机相关的捕获、跟踪算法均在PL中实现，最大可跟踪210个卫星通道。核0实现接收机相关的基带环路控制、PVT解算、RTK解算、定向解算，核1实现PVT解算、INS相关算法。出于商业保护，PL和核0的相关代码将以bit和elf的形式提供，核1的相关算法以源代码方式呈现，这些算法以学习交流为目的，主要包括PVT单点解算、INS解算，观测量等信息将以共享内存的方式通过核0提供。

下表将以直观的形式呈现不同版本开发者所能获取到的资源。

注 ： 定制文件可按照用户要求对底层程序进行修改。

总结

接下来，我们将定期上传团队的工作进展，请大家及时关注，互相交流学习。