一種組合導航裝置和實施方法:專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖

《一種組合導航裝置和實施方法》是東南大學於2010年3月26日申請的發明專利，該專利申請號為2010101340943，公布號為CN101867868A，專利公布日為2010年10月20日，發明人是陳熙源、王熙嬴、虞婧、祝雪芬、方琳。

《一種組合導航裝置和實施方法》公布了一種組合導航裝置和實施方法，所述裝置包括MINS、地磁羅盤航向系統、GPS、CDMA手機網路定位系統。該發明體積小、功耗低、成本低，且功能齊全、接口豐富，能滿足地面城市交通、航海以及小型智慧型機器人等中低精度的定位和定向的要求。

2017年12月11日，《一種組合導航裝置和實施方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種組合導航裝置和實施方法》的摘要附圖）

基本介紹

中文名：一種組合導航裝置和實施方法
公布號：CN101867868A
公布日：2010年10月20日
申請號：2010101340943
申請日：2010年3月26日
申請人：東南大學
地址：江蘇省南京市四牌樓2號
發明人：陳熙源、王熙嬴、虞婧、祝雪芬、方琳
代理機構：南京經緯專利商標代理有限公司
代理人：許方
Int.Cl.：H04W4/02（2009.01）I、H04W64/00（2009.01）I、G01S5/02（2010.01）I
類別：發明專利

專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,

專利背景

慣性導航的基本原理是根據牛頓力學定律，通過測量載體在慣性參考系的加速度和角速度，將他們對時間進行積分，並把它變換到導航坐標系統中，就能夠得到在導航坐標系中的速度、位置和姿態角信息等。所以，它是一種不依賴於任何外部信息，也不向外輻射能量的自主式導航系統。具有隱蔽性，其工作環境不僅包括控制、地球表面，還可以在水下。比如，1958年美國“皇后魚”號核潛艇依靠慣性導航系統穿過北極在冰下航行21天；美國“阿波羅”號飛船上也裝備了捷聯式慣性導航系統。截至2010年3月，慣性導航在海、陸、空、天等各領域都得到了廣泛的套用。

GPS導航系統的特點是覆蓋面廣，在野外和海上具有定位效果。CDMA手機網路定位的覆蓋範圍有限，而且定位精度受CDMA手機網路基站的密度等影響較大，而它的這一特點正好可以彌補GPS導航網路的定位“盲區”，尤其是在鬧市區、室內、隧道等GPS信號被遮擋嚴重的地區，往往是CDMA手機網路基站的密集區，因此CDMA手機網路定位可以彌補GPS定位系統的盲區，從而使本定位系統的套用範圍擴展。慣性導航系統的特點是短時間內定位精度高，動態性能好，且屬於自主定位，不需要接收外部定位信號，在GPS網路和CDMA手機網路均無法提供定位服務時，可以提供短時間的定位服務。

截至2010年3月已有的GPS（Global Position System，全球定位系統）導航裝置，通過接收GPS信號實現GPS導航，但由於GPS信號因不同的區域而強弱有所不同，當在GPS信號弱的區域時，GPS導航裝置容易導致導航不準確；或者在無GPS信號地區，即所謂的“盲區”時，如室內、高層建築密集的市區等地方，則無法進行GPS導航。而解決該問題可以通過CDMA手機網路導航系統和慣性導航系統來確定具體位置，例如當汽車從GPS信號區進入室內停車場，由於建築物的遮擋進入了GPS信號盲區。

發明內容

專利目的

《一種組合導航裝置和實施方法》主要的目的在於提出一種（MINS/CDMA手機網路/地磁羅盤/GPS）組合導航的裝置和實施方法，該導航裝置及方法克服了傳統GPS/MINS導航方法經常由於遮擋不能準確定位的欠缺，可以在GPS信號由於遮擋不能準確定位時，繼續利用MINS/地磁羅盤/CDMA手機網路進行組合定位，從而可以提供覆蓋範圍更大、可靠性更高也更精確的定位服務。

技術方案

《一種組合導航裝置和實施方法》採用如下技術方案：

其中，所述CDMA手機網路導航模組，根據CDMA手機網路導頻信號的到達時差（TDOA），通過三角定位算法進行定位；子濾波器1，負責MINS和GPS的位置和速度信息融合，其量測信息主要是指GPS和SINS形成的位置、速度信息；子濾波器2，負責MINS和CDMA手機網路信息融合，其量測信息主要指二者的位置信息融合；子濾波器3，負責MINS和地磁羅盤位置和姿態信息融合，其量測信息是地磁羅盤和MINS形成的位置、速度觀測信息；主濾波器，一方面對各子濾波器進行信息綜合與分配，另一方面將系統狀態誤差的估計值反饋給慣導系統，以校正其累積誤差。其中，所述MINS慣性導航模組包括：加速度採集單元，與MINS慣性導航模組相連線，用於實時採集加速度數據；MEMS陀螺儀單元，與MINS慣性導航模組相連線，用於實時採集角速率。

其中，所述地磁羅盤導航模組包括：地磁場採集單元，用於採集載體所在位置沿東—北—天三個方向的地磁強度；全球地磁場資料庫，資料庫中包含了全球任意經緯度的地磁信息，地磁羅盤導航模組根據地磁場採集單元採集到得地磁場強度數據、載體所在的經緯度和全球地磁場資料庫確定出載體的航向。

其中，所述時間同步模組包括：GPS秒脈衝信號接收端，用於接收來自GPS導航模組的秒脈衝同步信號，AVR系列ATMEGA128單片機，通過所述單片機的串口接收來自各個導航模組的導航數據，利用所述單片機的計數器對來自所述GPS導航模組的秒脈衝信號進行計數，最後用拉格朗日插值算法對MINS微慣性導航模組、CDMA手機網路導航模組和地磁羅盤導航模組的導航數據進行插值計算，最終對各個導航模組的導航數據進行時間同步。

改善效果

《一種組合導航裝置和實施方法》實時根據GPS接收系統提供的位置和速度信息、CDMA手機網路提供的位置信息、地磁羅盤提供的航向信息對該組合導航系統的誤差進行實時的校正和補償，克服了GPS定位方法由於信號遮擋不能正常定位的欠缺，也解決了MINS定位技術中由於陀螺儀和加速度計隨時間積累誤差較大，不能單獨、長時間定位的問題。更重要的是，由於本系統同時集成了CDMA手機定位系統、地磁羅盤和GPS定位系統，因此在GPS不能正常工作的情況下，仍可利用CMDA手機定位系統提供的位置信息和地磁羅盤提供的航向信息對MINS系統的誤差進行實時的校正和補償。《一種組合導航裝置和實施方法》體積小、功耗低、成本低，且功能齊全、接口豐富，能滿足地面城市交通、航海以及小型智慧型機器人等中低精度的定位和定向的要求。

附圖說明

圖1《一種組合導航裝置和實施方法》第一實施例原理示意圖；

圖2《一種組合導航裝置和實施方法》第一實施例慣性導航模組示意圖；

圖3《一種組合導航裝置和實施方法》第一實施例利用聯邦卡爾曼濾波組合導航方法示意圖。其中：X1、X2、X3表示各子濾波器的局部最優估計；P1、P2、P3分別表示估計值X1、X2、X3的均方誤差陣；β1、β2、β3表示各子濾波器中慣導信息分配係數；Xg表示MINS/GPS/CDMA手機網路/地磁羅盤組合導航系統通過聯邦卡爾曼濾波進行數據融合後得到的最和導航結果；

圖4《一種組合導航裝置和實施方法》第一實施例判斷GPS信號強度、判斷CDMA手機網路信號強度及確定導慣導信息量分配係數流程示意圖；其中：β1：MINS/GPS子濾波器的慣導信息分配係數；β2：MINS/CDMA手機網路子濾波器的慣導信息分配係數；β3：MIN/地磁羅盤子濾波器的慣導信息分配係數；

圖5時間同步模組同步原理示意圖；

圖6《一種組合導航裝置和實施方法》第一實施例MINS模組是GPS模組數據同步示意圖。

技術領域

《一種組合導航裝置和實施方法》涉及一種GPS導航、慣性導航、CDMA手機網路、地磁羅盤四種導航方式組合的導航裝置和實施方法，屬於城市交通、航海等中低精度要求的導航定位裝置和實施方法的技術領域。

權利要求

1.《一種組合導航裝置和實施方法》其特徵在於包括：

GPS導航模組，用於接收GPS信號，並對所述GPS信號進行解析，生成GPS導航數據；MINS慣性導航模組，用於採集慣性導航數據；CDMA手機網路導航模組，根據CDMA手機網路導頻信號的到達時差（TDOA），進行定位；地磁羅盤導航模組，地磁羅盤模組內部包含了三軸磁通量計，根據其自帶的全球地磁資料庫實時的提供載體的方位角；時間同步模組，將GPS導航模組、CDMA手機網路導航模組、地磁羅盤導航模組以及MINS微慣性導航模組的導航數據輸出進行時間同步；導航計算機，用於接收上述四種導航模組的導航數據，並根據GPS導航模組和CDMA手機網路導航模組的信號強弱情況，通過聯邦卡爾曼濾波進行組合導航定位；子濾波器1，負責MINS和GPS的位置和速度信息融合，其量測信息主要是指GPS和SINS形成的位置、速度信息；子濾波器2，負責MINS和CDMA手機網路信息融合，其量測信息主要指二者的位置信息融合；子濾波器3，負責MINS和地磁羅盤位置和姿態信息融合，其量測信息是地磁羅盤和MINS形成的位置、速度觀測信息；主濾波器，一方面對各子濾波器進行信息綜合與分配，另一方面將系統狀態誤差的估計值反饋給慣導系統，以校正其累積誤差。

2.根據權利要求1所述的一種組合導航裝置，其特徵在於，所述CDMA手機網路導航模組，根據CDMA手機網路導頻信號的到達時差（TDOA），通過三角定位算法進行定位。

3.根據權利要求1所述的一種組合導航裝置，其特徵在於，所述MINS慣性導航模組包括：加速度採集單元，與MINS慣性導航模組相連線，用於實時採集加速度數據；MEMS陀螺儀單元，與MINS慣性導航模組相連線，用於實時採集角速率。

4.根據權利要求1所述的一種組合導航裝置，其特種在於，所述地磁羅盤導航模組包括：地磁場採集單元，用於採集載體所在位置沿東—北—天三個方向的地磁強度；全球地磁場資料庫，資料庫中包含了全球任意經緯度的地磁信息，地磁羅盤導航模組根據地磁場採集單元採集到得地磁場強度數據、載體所在的經緯度和全球地磁場資料庫確定出載體的航向。

5.根據權利要求1所述的一種組合導航裝置，其特種在於，所述時間同步模組包括：GPS秒脈衝信號接收端，用於接收來自GPS導航模組的秒脈衝同步信號；AVR系列ATMEGA128單片機，通過所述單片機的串口接收來自各個導航模組的導航數據，利用所述單片機的計數器對來自所述GPS導航模組的秒脈衝信號進行計數，最後用拉格朗日插值算法對MINS微慣性導航模組、CDMA手機網路導航模組和地磁羅盤導航模組的導航數據進行插值計算，最終對各個導航模組的導航數據進行時間同步。

6.一種組合導航實施方法，其特徵在於，包括如下步驟：

1）採用GPS導航模組接收GPS信號，並解析生成GPS導航數據；

2）通過MINS慣性導航模組採集慣性導航數據；

3）通過CDMA手機網路導航模組接收手機網路導頻信號的到達時差（TDOA），通過定位算法進行定位；

4）通過地磁羅盤導航模組採集地磁羅盤數據，並輸出載體的航向角；

5）選擇MINS微慣性導航系統為公共參考系統，分別與其餘子系統即GPS導航系統、CDMA手機網路導航系統和地磁羅盤導航系統分別組合，構成3個卡爾曼濾波子系統；根據所述GPS導航數據確定的GPS信號載噪比、地磁羅盤導航模組得到的航向角以及所述CDMA手機網路導頻信號質量，動態的改變慣性導航信息在各子濾波器中的分配係數；利用聯邦卡爾曼濾波對所述GPS導航數據、CDMA手機網路導航數據、MINS慣性導航數據在主濾波器中進行數據融合，生成導航數據；

6）輸出導航數據。

7.根據權利要求6所述的一種組合導航實施方法，其特徵在於，根據所述GPS導航數據確定GPS信號載噪比，根據所述CDMA手機網路導頻信號質量，對所述GPS導航數據、所述慣性導航數據、所述地磁羅盤數據和所述CDMA手機網路定位數據進行聯邦卡爾曼濾波，步驟5）所述的生成導航數據的步驟還包括：

I）判斷GPS信號載噪比；

II）判斷CDMA手機網路導頻信號質量；

III）根據GPS信號載噪比和CDMA手機網路導頻信號質量即信號的強弱動態的確定在進行聯邦卡爾曼濾波時，慣性導航信息在MINS/GPS導航子濾波器、MINS/CDMA手機網路定位導航子濾波器中的利用權重；

IV）根據所述慣性導航數據在各子濾波器中的權重，在主濾波器中進行導航數據融合，生成導航數據。

8.根據權利要求7所述的一種組合導航實施方法，其特徵在於：

所述GPS信號強弱根據載噪比及衛星個數確定，若載噪比大於等於35分貝/赫茲且衛星個數大於等於4個，則GPS信號為強；若載噪比大於等於20分貝/赫茲並小於35分貝/赫茲且衛星個數大於等於4個，則GPS信號為弱；若載噪比小於20分貝/赫茲z或者衛星個數小於等於4個，則為GPS信號盲區；

所述CDMA手機網路導頻信號強弱根據CDMA手機網路導頻信號質量已經CDMA手機網路基站個數確定，若信號質量大於等於50分貝且CDMA基站數大於等於3個，則CDMA手機網路導頻信號為強；若導頻信號質量大於等於25分貝且小於50分貝同時CDMA基站數量大於等於3個，則CDMA手機網路導頻信號為弱；若導頻信號質量小於25分貝或者CDMA基站數量小於3個，則為CDMA手機網路導頻信號盲區。

9.根據權利要求6所述的一種組合導航實施方法，其特徵在於：

在聯邦卡爾曼濾波系統中，所述各子濾波器中的慣性導航信息分配係數的總和為1。

10.根據權利要求8所述的一種組合導航實施方法，其特徵在於：

a）若所述GPS信號為強，則所述慣性導航信息分配係數在MINS/GPS導航子濾波器中取0.2，其餘子濾波器的分配係數約為0.4；

b）若所述GPS信號為弱，所述CDMA手機網路導頻信號為強，則慣性導航信息分配係數在MINS/GPS子濾波器中取0.4，在MINS/CDMA手機網路導航子濾波器中取0.2，其餘的子濾波器的分配係數取0.4；

c）若所述GPS信號為弱，所述CDMA手機網路導頻信號為弱，則慣性導航信息分配係數在MINS/GPS子濾波器中取0.33，在MINS/CDMA手機網路導航子濾波器中取0.33，其餘的子濾波器的分配係數取0.33；

d）若所述GPS信號為盲區，所述CDMA手機網路導頻信號為強，則慣性導航信息分配係數在MINS/GPS子濾波器中取0.9，在MINS/CDMA手機網路導航子濾波器中取0.05，其餘的子濾波器的分配係數取0.05；

e）若所述GPS信號為盲區，所述CDMA手機網路導頻信號為弱，則慣性導航信息分配係數在MINS/GPS子濾波器中取0.49，在MINS/CDMA手機網路導航子濾波器中取0.49，其餘的子濾波器的分配係數取0.02；

f）若所述GPS信號為盲區，所述CDMA手機網路導頻信號為盲區，則慣性導航信息分配係數在MINS/GPS子濾波器中取0.49，在MINS/CDMA手機網路導航子濾波器中取0.49，其餘的子濾波器的分配係數取0.02。

實施方式

《一種組合導航裝置和實施方法》實施例的一種（MINS/GPS/CDMA手機網路/地磁羅盤）組合導航裝置和方法，通過接收GPS信號解析成GPS導航數據，通過CDMA手機網路導頻信號到達時間差進行三角定位，通過慣性採集模組實時採集的慣性導航數據，通過地磁羅盤採集地磁數據，實時確定載體的航向角。根據GPS信號強弱、CDMA手機網路信號強弱按圖四所示方法動態的確定各子濾波器中慣性導航信息分配係數，通過導航計算機中的聯邦卡爾曼濾波器對MINS微慣性導航數據、GPS衛星導航數據、CDMA手機網路定位數據和地磁羅盤方位角數據進行數組合導航，並通過顯示模組向用戶做出導航提示，從而使《一種組合導航裝置和實施方法》能夠提供比任何單一導航系統更精確穩定的導航數據，並達到在GPS導航盲區或者GPS和CDMA手機網路均為盲區的情況下進行導航的目的。

如圖1所示，為《一種組合導航裝置和實施方法》導航裝置實施例原理示意圖。該導航裝置包括：CDMA手機網路導航模組1，用於接收CDMA手機網路導頻信號，並利用各基站導頻信號的到達時間差進行三角定位；慣性導航模組2，用於實時採集慣性導航數據；地磁羅盤導航模組3，用於實時的提供載體的方位角；GPS模組4，用於接收GPS信號，並對所述GPS信號進行解析處理，生成GPS導航數據；時間同步模組5，用於同步來自各個不同導航模組的導航數據；導航計算機模組6，根據所述GPS信號的強弱、CDMA手機網路信號的強弱動態的確定慣性導航信息分配係數，並利用聯邦卡爾曼濾波器對所述GPS導航數據、CDMA手機網路定位數據、地磁羅盤方位角數據和慣性導航數據進行校正和數據融合，生成導航數據；數據顯示模組7，以圖像或者語音方式輸出所述導航信息。所述時間同步模組5通過RS—232串列接口與所述GPS導航模組4、所述CDMA手機網路導航模組1，所述地磁羅盤模組3和所述慣性模組2連線。所述時間同步模組通過RS232串列口與所述導航計算機6連線。

所述導航計算機模組6根據所述GPS模組4接收的GPS信號的強弱以及所述CDMA手機網路導航模組1的信號強弱按著圖四所示的方式實時確定各子濾波器中的慣性導航信息分配係數，並利用如圖三所示的聯邦卡爾曼濾波器對GPS導航數據、CDMA手機網路導航數據、地磁羅盤導航數據和慣性導航數據進行數據融合，生成組合導航信息。所述融合是根據聯邦卡爾曼濾波理論，選擇慣性導航系統為公共參考系統，依次構成MINS/GPS子濾波器、MINS/CDMA手機網路子濾波器和MINS/地磁羅盤子濾波器，並利用所述三個子濾波器生成局部最優估計。最後根據各子系統慣性導航信息分配係數和各子系統的局部最優估計通過主濾波器進行全局最優估計，得到組合導航數據。所述慣性導航數據是指根據慣性數據實現導航的數據，可以包括速度數據、加速度數據、角度數據、角速度數據和角加速度等慣性數據。所述地磁羅盤導航數據是指利用地磁羅盤所確定的載體航向角。所述GPS導航數據是指對GPS信號進行處理生成的導航數據，可以是精度數據、緯度數據、速度數據、高度數據、航向數據以及衛星個數等。所述CDMA手機網路定位數據主要是指通過CDMA手機網路導頻信號到達時間差確定的位置數據，包括精度數據、緯度數據等。所述慣性導航信息分配係數是指，在進行聯邦卡爾曼濾波時，根據信息守恆定律，作為參考系統的慣性導航系統所能提供的導航信息總量是不變的。因為為了更好的率用慣性導航信息，就需要根據各子濾波器提供的估計信息質量的優劣，來合理確定慣性導航信息在各子濾波器中的使用權重。

如圖2所示，所述慣性導航模組2包括採集加速度數據的加速度採集單元21、角速度採集單元22和慣性導航模組控制單元23.所述加速度採集單元21、角速度採集單元22通過I匯流排與所述慣性導航模組控制單元單元23連線，經過慣性導航模組控制單元23處理後生成慣性導航數據。所述慣性導航模組控制單元23通過RS—232串口與導航計算機6相連，由導航計算機中的聯邦卡爾曼濾波器進行濾波處理。

所述CDMA手機網路導航模組1採用高通公司的GPSONE模組，利用截至2010年3月已有的CDMA手機網路導頻信號，通過導頻信號到達時間差進行手機網路定位，並通過RS—232串口與時間同步模組連線，並最終利用導航計算機中的三角定位算法對CDMA手機網路定位數據進行處理，進行CDMA手機網路定位。

所述GPS導航模組4接收GPS信號，並對該GPS信號進行解析處理，生成GPS導航數據，由所述導航計算機6對GPS導航數據進行解析處理，生成GPS導航信息。

《一種組合導航裝置和實施方法》包括步驟如下：

1）GPS信號，並解析生成GPS導航數據；

2）通過慣性導航單元採集慣性導航數據；

3）通過CDMA手機網路接收手機網路導頻信號的到達時差（TDOA），通過定位算法進行定位；

4）通過地磁羅盤採集地磁數據，並輸出載體的航向角；

5）選擇MINS微慣性導航系統為公共參考系統，與其餘子系統分別組合，構成3個卡爾曼濾波子系統；根據所述GPS導航數據確定的GPS信號載噪比、地磁羅盤得到的航向角以及所述CDMA手機網路導頻信號質量，動態的改變慣性導航信息在各子濾波器中的分配係數。利用聯邦卡爾曼濾波對所述GPS導航數據、CDMA手機網路導航數據、MINS慣性導航數據在主濾波器中進行數據融合，生成導航數據；

7）輸出導航數據。

根據所述GPS導航數據確定GPS信號載噪比，根據所述CDMA手機網路導頻信號質量，對所述GPS導航數據、所述慣性導航數據、所述地磁羅盤數據和所述CDMA手機網路定位數據進行聯邦卡爾曼濾波，生成導航信息的步驟還包括：

I）判斷GPS信號載噪比；

II）判斷CDMA手機網路導頻信號質量；

III）根據GPS信號載噪比和CDMA手機網路導頻信號質量動態的確定在進行聯邦卡爾曼濾波時，慣性導航信息在MINS/GPS導航子濾波器、MINS/CDMA手機網路定位導航子濾波器中的利用權重。

IV）根據所述慣性導航數據在各子濾波器中的權重，在主濾波器中進行導航數據融合，生成導航信息。

如圖3、圖4所示，所述GPS信號強弱根據載噪比及衛星個數確定，若載噪比大於等於35分貝/赫茲且衛星個數大於等於4個，則GPS信號為強；若載噪比大於等於20分貝/赫茲並小於35分貝/赫茲且衛星個數大於等於4個，則GPS信號為弱；弱載噪比小於20分貝/赫茲或者衛星個數小於等於4個，則為GPS信號盲區。

所述CDMA手機網路導頻信號強弱根據CDMA手機網路導頻信號質量已經CDMA手機網路基站個數確定，若信號質量大於等於50分貝且CDMA基站數大於等於3個，則CDMA手機網路導頻信號為強；若導頻信號質量大於等於25分貝且小於50B同時CDMA基站數量大於等於3個，則CDMA手機網路導頻信號為弱；若導頻信號質量小於25分貝或者CDMA基站數量小於3個，則為CDMA手機網路導頻信號盲區。

在聯邦卡爾曼濾波系統中，所述各子濾波器中的慣性導航信息分配係數的總和為1；

所述慣性導航信息分配的一般原則是：在所述個子濾波器中，子系統的精度越差，則慣性導航信息的信息分配係數就應該越大；子系統的精度越高，子濾波器的濾波精度受慣性導航信息分配係數的影響就越小，在這種情況下，慣性導航信息分配係數應該取得小些，以便使總量有限的慣性導航信息在較低精度子系統所在的子濾波器能充分發揮作用。

a）若所述GPS信號為強，則所述慣性導航信息分配係數在MINS/GPS導航子濾波器中取0.2，其餘子濾波器的分配係數約為0.4；

如圖5所示，所述時間同步模組5通過三個RS232串口同時接收來自CDMA手機網路導航模組1、MINS慣性導航模組2、地磁羅盤模組3和GPS導航模組4的導航數據，並以GPS模組的秒脈衝信號作為時間基準，利用拉格朗日插值法對各個導航模組的導航數據進行時間同步。

所述導航計算機模組6，通過一個RS232串口與時間同步模組5相連，接收來自經時間同步模組5同步後的導航數據，並用導航計算機模組6中的聯邦卡爾曼濾波器對來自各個導航模組的導航數據進行融合，產生最優估計的組合導航數據。

所述信息顯示模組7，將導航計算機模組6輸出的組合導航數據進行顯示。

為了更清楚說明《一種組合導航裝置和實施方法》實施例，《一種組合導航裝置和實施方法》導航裝置工作過程如下：

所述導航計算6根據所述GPS模組4對GPS信號解析處理生成的GPS導航數據，根據GPS信號的載噪比和GPS衛星數量確定GPS信號的強弱；所述導航計算機6根據所述CDMA手機網路信號質量和CDMA手機網路基站數量確定CDMA手機網路導航信號強弱；所述導航計算機6根據GPS信號的強弱和CDMA手機網路信號的強弱確定各子濾波器中的慣性導航信息分配係數，最後利用導航計算機6中的聯邦卡爾曼濾波器對GPS導航數據、CDMA手機網路導航數據、慣性導航數據、地磁羅盤導航數據進行數據處理和融合，生成導航信息。該導航信息通過信息顯示模組7進行顯示。

所述GPS導航模組可以是NovAtel公司的OEMV—1GPS導航模組OEM板，所述慣性導航模組可以是InnaLabs公司的AHRS2航向姿態模組，所述CDMA手機網路導航模組可以是高通公司GPSONE手機導航模組，所述地磁羅盤模組可以是三維數字電子羅盤HMR3000。

為了更清楚說明《一種組合導航裝置和實施方法》裝置實例，《一種組合導航裝置和實施方法》時間同步模組具體結構和工作方式如下：

所述時間同步模組需要對GPS導航數據、CDMA手機網路導航數據、地磁羅盤數據和慣性導航數據進行時間同步。如圖5所示，整個時間同步模組由名為MUC1、MCU2、MCU3的三片ATMEGA128單片機構成，其中MCU1和MCU2利用其自帶的兩個串口分別接收來自四個導航模組的導航數據。MCU3通過並行數據匯流排接收經過MCU1和MCU2時間同步處理後的導航數據，並通過RS232串口傳送給導航計算機。

MCU1、MCU2、MCU3均利用GPS模組的秒脈衝作為時間基準，以達到精確同步的目的。MCU1、MCU2、MCU3利用GPS模組秒脈衝進行時間同步的原理為，GPS模組秒脈衝輸出分別與與MCU1、MCU2、MCU3的外部中斷引腳相連，每當MCU外部中斷引腳收到GPS秒脈衝信號時，會立即產生硬體中斷，啟動MCU內部的定時器。同時MCU會始終查詢其各個串口的狀態，每當串口收到數據時，以串口收到數據幀的尾部作為時標點，記錄此時的定時器值以及此時刻對應的導航數據。當下次GPS秒脈衝信號到達MCU並產生中斷時，MCU便可利用拉格朗日插值法，外推出當前時刻各導航模組的導航數據。

下面以慣性導航數據與GPS導航數據進行時間同步的過程為例進行具體說明：

設MINS的數據更新周期為T_INS，由於INS頻標漂移而導致的T_INS變化是緩慢而細微的，這種漂移的累積效應只導致INS和GPS的時標差Δt變化，可認為T_INS是恆定的。GPS的秒同步脈衝（1PPS，每秒一個脈衝）和UTC（世界協調時）秒點是對齊的，是準確的。GPS接收機嚴格地在每一個1PPS脈衝的邊沿時刻進行一次偽距、偽距變化率、載波相位測量、GPS標準授時、定位等測量，所以可以認為GPS的數據更新頻率就是準確的1赫茲。T_INS遠遠小於1秒，一般都小於50毫秒，所以，利用GPS的1PPS秒脈衝作為同步的標準時刻，進行融合數據的同步是很好的選擇。

兩路數據的同步示意圖如圖6所示，圖中長豎線表示GPS的1PPS脈衝，即GPS數據更新點；短豎線表示INS數據更新時刻。從圖6可以看出，在GPS數據更新點上，INS沒有數據輸出。設INS和GPS的同步時間差為Δτ而在同步時間點（1PPS脈衝上沿）上，INS和GPS的時標差為Δt。只要得到每個1PPS脈衝之前的INS輸出同步時間差Δτ經過拉格朗日插值外推即可算出INS在每個1PPS點上的值，這樣就獲取到了兩路信號在同一時間點上的同步化量測數據。

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