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基于惯性辅助的低功耗GNSS接收机设计汇报人：2024-01-24

引言惯性辅助技术原理及优势低功耗GNSS接收机设计方案惯性辅助在GNSS接收机中应用实现实验测试与结果分析总结与展望contents目录

01引言

全球导航卫星系统（GNSS）在定位、导航和授时等领域应用广泛，但传统GNSS接收机功耗较高，限制了其在移动设备和物联网等领域的应用。惯性导航系统（INS）具有自主导航、短时精度高和不受外界干扰等优点，但其长时间导航精度较差。将GNSS与INS相结合，可以充分利用两者的优点，提高导航精度和降低功耗，具有重要的理论意义和应用价值。背景与意义

国外研究现状国外在基于惯性辅助的低功耗GNSS接收机设计方面起步较早，已经取得了一系列重要成果，如基于MEMS惯性器件的低功耗GNSS/INS组合导航系统、基于深度学习的低功耗GNSS定位算法等。国内研究现状国内在相关领域的研究也取得了一定的进展，如基于FPGA的低功耗GNSS接收机设计、基于自适应滤波的GNSS/INS组合导航算法等。但总体来说，国内在该领域的研究相对较少，且主要集中在算法层面，对硬件设计和实现方面的研究相对较少。国内外研究现状

0102研究目的本文旨在设计一种基于惯性辅助的低功耗GNSS接收机，通过优化硬件设计和算法实现，降低功耗并提高导航精度，以满足移动设备和物联网等领域对低功耗、高精度导航的需求。研究内容本文首先分析了传统GNSS接收机和惯性导航系统的优缺点，然后提出了一种基于惯性辅助的低功耗GNSS接收机设计方案。具体内容包括硬件设计选用低功耗、高性能的微处理器和MEMS惯性器件，设计合理的电路结构和布局，以降低硬件功耗。算法实现研究适用于低功耗GNSS接收机的定位、导航和授时算法，包括信号捕获、跟踪、数据处理和组合导航等关键算法的实现和优化。实验验证搭建实验平台，对所设计的基于惯性辅助的低功耗GNSS接收机进行性能测试和验证，包括功耗测试、定位精度测试、导航性能测试等。030405本文研究目的和内容

02惯性辅助技术原理及优势

惯性导航系统基本原理惯性测量单元（IMU）通过测量载体在三个轴向的加速度和角速度，经过积分运算得到载体的位置、速度和姿态信息。陀螺仪与加速度计陀螺仪用于测量角速度，加速度计用于测量加速度，二者结合实现惯性导航。导航解算利用IMU的测量数据，通过导航解算算法（如四元数法、卡尔曼滤波等）计算得到载体的导航信息。

在GNSS信号受到遮挡或干扰时，惯性导航系统可以提供连续的导航信息，提高定位精度。提高定位精度缩短首次定位时间增强系统鲁棒性利用惯性导航系统的初始位置信息，可以缩短GNSS接收机的首次定位时间。惯性导航系统不依赖外部信号，因此可以增强GNSS接收机的抗干扰能力和鲁棒性。030201惯性辅助技术在GNSS中应用

惯性导航系统不依赖外部信号，具有完全的自主性，适用于各种复杂环境。自主性连续性互补性降低功耗惯性导航系统能够提供连续的导航信息，不受信号遮挡或干扰的影响。惯性导航系统与GNSS具有互补性，可以相互弥补各自的不足，提高整体性能。通过优化惯性导航系统的算法和硬件设计，可以降低GNSS接收机的功耗，延长续航时间。惯性辅助技术优势分析

03低功耗GNSS接收机设计方案

采用低功耗、高性能的微处理器或微控制器，如ARMCortex-M系列，降低整体功耗。主控芯片选择优化射频前端电路，采用低噪声放大器（LNA）和降噪技术，提高信号接收质量。射频前端设计设计高效的电源管理模块，实现多电源域管理和动态电压调整，降低系统功耗。电源管理模块硬件架构设计

卫星信号捕获与跟踪优化卫星信号捕获和跟踪算法，减少计算量和时间消耗，提高定位精度和速度。数据处理与解算采用高效的数据处理和解算算法，如最小二乘法、卡尔曼滤波等，提高定位精度和稳定性。软件低功耗优化通过优化软件算法，降低CPU占用率和内存消耗，进一步降低系统功耗。软件算法优化

休眠模式设计在不影响定位性能的前提下，设计合理的休眠模式和工作模式切换机制，降低系统平均功耗。时钟门控技术采用时钟门控技术，对未使用的硬件模块进行时钟关闭，减少动态功耗。电源动态管理根据系统负载和性能需求，动态调整电源电压和频率，实现功耗和性能的平衡。功耗降低策略030201

04惯性辅助在GNSS接收机中应用实现

惯性数据与GNSS数据融合处理在紧耦合的基础上，进一步利用惯性导航系统提供的姿态和速度信息辅助GNSS信号跟踪和数据处理，提高接收机性能。深耦合融合惯性导航系统和GNSS各自独立工作，通过数据处理算法将两者的定位结果进行融合，提高定位精度。松耦合融合惯性导航系统和GNSS在硬件层面实现数据共享，共同进行定位解算，提高定位速度和精度。紧耦合融合

利用惯性数据对GNSS观测值进行平滑处理通过惯性导航系统