專利名稱：Gps/ins組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的角度檢測校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的角度檢測校正方法。
背景技術(shù)：
車載導(dǎo)航市場上主流技術(shù)是GPS(Global Position System衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng))系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)通過接收分布在天空的24顆衛(wèi)星發(fā)送的無線信號計算定位信息，具有全球、全天候、高精度、實時定位等優(yōu)點，但是由于無線信號的直線傳播特性，其動態(tài)性能和抗干擾能力較差，當(dāng)GPS接收機在隧道、樹蔭或高樓附近時，衛(wèi)星信號被遮擋，影響準(zhǔn)確定位，甚至無法定位。INS(Inertial Navigation System慣性定位導(dǎo)航系統(tǒng))系統(tǒng)具有自主導(dǎo)航能力，可以獨立給出載體姿態(tài)、速度和位置等定位導(dǎo)航信息，抗外界干擾能力強。隨著INS系統(tǒng)中慣性陀螺儀技術(shù)的發(fā)展，將INS系統(tǒng)應(yīng)用于GPS系統(tǒng)中，即產(chǎn)生了GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在GPS定位導(dǎo)航受影響時，通過INS系統(tǒng)進行定位導(dǎo)航。但INS系統(tǒng)的定位導(dǎo)航誤差隨時間延續(xù)而不斷增大，即誤差積累、漂移大。
INS系統(tǒng)包括陀螺儀和速率傳感器。陀螺儀測量移動載體(以汽車為例)行進過程中的角速度，以測量車輛行進過程中的轉(zhuǎn)角；速率傳感器測量汽車的速率，從而實現(xiàn)INS系統(tǒng)的定位導(dǎo)航。
但INS系統(tǒng)在定位導(dǎo)航時存在誤差，主要包括速率誤差和角速度誤差。角度誤差由上述陀螺儀產(chǎn)生，現(xiàn)有的陀螺儀多為微機械型陀螺儀，因其機械特性所導(dǎo)致的技術(shù)問題是角度測量隨著時間的延續(xù)，其測量誤差會不斷增大。因此，如何減小陀螺儀導(dǎo)致的角度誤差，確保GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的定位導(dǎo)航精度，是目前要解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于校正INS系統(tǒng)的角度測量誤差以提高定位導(dǎo)航精度的GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的角度檢測校正方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的角度檢測校正方法，包括如下步驟A、GPS接收器中的GPS天線接收GPS信號，經(jīng)射頻放大器送入GPS模塊的射頻信號輸入端，GPS模塊得出載體移動路線上各點的經(jīng)緯度信號；INS模塊中的陀螺儀單元在移動路線上生成轉(zhuǎn)動角度信號，并將該信號送至GPS模塊的轉(zhuǎn)動角度信號輸入端；B、GPS模塊根據(jù)所述經(jīng)緯度信號判斷載體移動路線是否處于非準(zhǔn)直線狀態(tài)；C、當(dāng)GPS模塊測得所述載體的移動路線在T1時刻進入非準(zhǔn)直線狀態(tài)，并在T2時刻進入準(zhǔn)直線狀態(tài)時，GPS模塊根據(jù)來自INS模塊中陀螺儀單元的分別在T1時刻和T2時刻生成的所述轉(zhuǎn)動角度信號得出載體在T1至T2時刻內(nèi)的轉(zhuǎn)動角度θ1；GPS模塊根據(jù)在T1至T2時刻內(nèi)所述載體移動路線上各點的經(jīng)緯度信號計算出該載體的轉(zhuǎn)動角度θ2；D、GPS模塊得出在所述T1至T2時刻內(nèi)GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動角度的檢測誤差Δθ＝θ2-θ1；E、重復(fù)上述步驟A至D至少5次，并得到相應(yīng)個數(shù)的Δθ，對各Δθ進行差值計算，并得到補償值α；F、GPS接收器接收經(jīng)緯度信號受干擾時，GPS模塊根據(jù)來自INS模塊中陀螺儀單元生成的轉(zhuǎn)動角度信號結(jié)合所述補償值α，得出經(jīng)誤差校正的移動轉(zhuǎn)角信號并送至CPU單元的導(dǎo)航定位信號輸入端。
上述步驟B中，當(dāng)GPS模塊根據(jù)所述經(jīng)緯度信號得出載體移動路線的轉(zhuǎn)動角度小于15°時，則判斷載體移動路線處于準(zhǔn)直線狀態(tài)；反之，當(dāng)GPS模塊根據(jù)所述經(jīng)緯度信號得出載體移動路線的轉(zhuǎn)動角度不小于15°時，則判斷載體移動路線處于非準(zhǔn)直線狀態(tài)。
上述步驟E中，對各Δθ進行差值計算時，先求各Δθ之和，后除以其總數(shù)，即得出所述補償值α。
上述技術(shù)方案中，GPS模塊定期重復(fù)上述步驟并得出補償值α，后在存儲器中替換原有的補償值α。
本發(fā)明具有積極的效果(1)本發(fā)明的GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的角度檢測校正方法利用GPS接收器對INS模塊(即INS系統(tǒng))的陀螺儀單元生成的轉(zhuǎn)動角度信號進行校正，以在衛(wèi)星信號被遮擋、GPS接收器接收經(jīng)緯度信號受干擾時，GPS模塊將經(jīng)誤差校正的移動轉(zhuǎn)角信號送至CPU單元，以減小GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動角度檢測誤差，從而解決了INS系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動角度誤差隨時間延續(xù)不斷增大，即誤差積累、漂移大的技術(shù)問題，最終提高了GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的定位導(dǎo)航精度。(2)重復(fù)本發(fā)明的GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的角度檢測校正方法中的步驟A至D的次數(shù)越多，各Δθ進行差值計算后所得的補償值α就越準(zhǔn)確，CPU單元最終得到的經(jīng)校正的轉(zhuǎn)動角度值θ也越精確。(3)本發(fā)明中，GPS模塊根據(jù)GPS接收器測得的經(jīng)緯度信號得出載體移動路線的轉(zhuǎn)動角度，并以15°為基準(zhǔn)判斷載體移動路線是處于準(zhǔn)直線狀態(tài)，還是處于非準(zhǔn)直線狀態(tài)，有效防止了因載體移動路線發(fā)生小角度偏移，而產(chǎn)生錯誤判斷。(4)本發(fā)明中，采用差值計算適于得出較準(zhǔn)確的補償值α。(5)本發(fā)明中，GPS模塊定期(如1星期1次)重復(fù)本發(fā)明的步驟GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的角度檢測校正方法并得出補償值α，后在存儲器中替換原有的補償值α。因為在實際使用時，INS模塊中的陀螺儀單元常存在著機械誤差，使用越久誤差就越大，定期對轉(zhuǎn)動角度信號進行誤差校正并采用相應(yīng)的補償值α，可及時減小誤差。


圖1為本發(fā)明的GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的電路原理圖。
圖2為本發(fā)明的GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的角度檢測校正方法的程序框圖。
圖3為本發(fā)明的GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的速率檢測校正方法的程序框圖。
具體實施例方式
(實施例1)見圖1，本實施例的GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)適用于汽車、輪船等可沿直線移動的載體，其包括CPU單元1、INS模塊2、用于接收經(jīng)緯度信號的GPS接收器3和觸摸屏操控單元4。
GPS接收器3包括GPS模塊31和與GPS模塊31的射頻信號輸入端相連的射頻放大器32；射頻放大器32的信號輸入端與GPS天線相連。
INS模塊2包括用于生成速率脈沖信號的速率檢測單元21和用于生成移動轉(zhuǎn)角信號的陀螺儀單元22；陀螺儀單元22的角度信號輸出端接GPS模塊31的角度信號輸入端；速率檢測單元21的速率脈沖信號輸出端接GPS模塊31的速率脈沖信號輸入端；GPS模塊31的定位導(dǎo)航信號輸出端與CPU單元1的導(dǎo)航定位導(dǎo)航信號輸入端雙向電連接。CPU單元1的顯示控制通信端與觸摸屏操控單元4的顯示控制通信端雙向電連接。
本實施例的GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的定位導(dǎo)航的工作原理如下系統(tǒng)開啟后，GPS模塊31的定位導(dǎo)航信號輸出端與CPU單元1的導(dǎo)航定位導(dǎo)航信號輸入端進行協(xié)議握手；然后，GPS接收器3開始工作，并將測得的載體所在的經(jīng)緯度信息送入CPU單元1，CPU單元1根據(jù)GPS接收器3接收得的經(jīng)緯度信號通過觸摸屏操控單元4進行定位導(dǎo)航。
載體開始移動后，INS模塊2中的陀螺儀單元22時刻檢測載體在移動路線上的轉(zhuǎn)動角度，并將測得的轉(zhuǎn)動角度信號送至GPS模塊31的轉(zhuǎn)動角度信號輸入端；同時，所述速率檢測單元21根據(jù)移動速率而產(chǎn)生相應(yīng)的速率脈沖信號并將所述速率脈沖信號送入GPS接收器3中的GPS模塊31的速率脈沖信號輸入端。
若GPS接收器3內(nèi)未存儲有經(jīng)誤差校正的單個速率脈沖所對應(yīng)的移動距離值和用于對移動轉(zhuǎn)角信號進行誤差校正的補償值α，則由GPS接收器3根據(jù)所述經(jīng)緯度信號對單個速率脈沖所對應(yīng)的移動距離值和移動轉(zhuǎn)角信號進行誤差校正，得出經(jīng)誤差校正的單個速率脈沖所對應(yīng)的移動距離值和用于對移動轉(zhuǎn)角信號進行誤差校正的補償值α，并作存儲；然后，將來自INS模塊2中陀螺儀單元22生成的轉(zhuǎn)動角度信號結(jié)合所述補償值α，得出經(jīng)誤差校正的移動轉(zhuǎn)角信號。
若GPS接收器3內(nèi)已存儲有經(jīng)誤差校正的單個速率脈沖所對應(yīng)的移動距離值和用于對移動轉(zhuǎn)角信號進行誤差校正的補償值α，則GPS模塊31首先將所述轉(zhuǎn)動角度信號結(jié)合所述補償值α進行誤差校正，并得出經(jīng)誤差校正的移動轉(zhuǎn)角信號。(例如，若GPS接收器3接收的移動轉(zhuǎn)角信號對應(yīng)的角度值為θ3，則經(jīng)誤差校正的移動轉(zhuǎn)角信號對應(yīng)的角度值為θ3+α。在其他實施例中，也可根據(jù)θ3值的大小，增加相應(yīng)比例的α。)然后，GPS接收器3的定位導(dǎo)航信號輸出端將所述經(jīng)緯度信號、速率脈沖信號、經(jīng)誤差校正的單個速率脈沖所對應(yīng)的移動距離值和經(jīng)誤差校正的移動轉(zhuǎn)角信號送至CPU單元1的定位導(dǎo)航信號輸入端。
僅當(dāng)在GPS接收器3接收經(jīng)緯度信號受干擾時，CPU單元1根據(jù)所述速率脈沖信號、經(jīng)誤差校正的單個速率脈沖所對應(yīng)的移動距離值和經(jīng)誤差校正的移動轉(zhuǎn)角信號通過觸摸屏操控單元4進行定位導(dǎo)航。
直至GPS接收器3能正常接收經(jīng)緯度信號時，CPU單元1僅根據(jù)GPS接收器3接收得的經(jīng)緯度信號通過觸摸屏操控單元4進行定位導(dǎo)航。
見圖3，上述GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的速率檢測校正方法的步驟為a、GPS天線接收GPS信號，經(jīng)射頻放大器32送入GPS模塊31，GPS模塊31得到當(dāng)前位置的經(jīng)緯度信號；b、INS模塊2中的速率檢測單元21根據(jù)移動速率生成速率脈沖信號并送入GPS模塊31的速率脈沖信號輸入端；C、GPS模塊31根據(jù)移動路線上各點的經(jīng)緯度信號判斷該移動路線是否為準(zhǔn)直線，所述準(zhǔn)直線為轉(zhuǎn)角小于15°的曲線；所述各點的間距可設(shè)為0.5m(其他實施例中，可設(shè)為0.1m、0.2m或1m，所述各點的間距越小，根據(jù)各點所得出的移動路線就越精確)。
d、當(dāng)GPS模塊31測得所述移動路線為準(zhǔn)直線時，GPS模塊31根據(jù)所述經(jīng)緯度信號對來自INS模塊2的速率脈沖信號中的單個速率脈沖所對應(yīng)的移動距離值進行誤差校正，并將誤差校正后的單個速率脈沖所對應(yīng)的移動距離值送至CPU單元1的定位導(dǎo)航信號輸入端。在該步驟中，對單個速率脈沖所對應(yīng)的移動距離值進行誤差校正的步驟包括GPS模塊31把當(dāng)前的經(jīng)緯度信號標(biāo)記為移動的起始點，從該起始點開始移動，直至測得一點a至所述起始點之間的直線距離為預(yù)設(shè)值1km(其它實施例中，可以是1.5km、2km，甚至更多，直線距離的預(yù)設(shè)值越高，得出單個速率脈沖所對應(yīng)的距離值就越準(zhǔn)確。)時，GPS模塊31把所述點a標(biāo)記為終點；在上述期間，GPS模塊31記錄下INS模塊2在所述起始點至所述終點之間所產(chǎn)生的速率脈沖總數(shù)；GPS模塊31根據(jù)所述起始點和終點之間的移動路線上各點的經(jīng)緯度信號計算出所述起始點和終點之間的移動路線的長度，然后與所述速率脈沖總數(shù)相除即得出單個速率脈沖所對應(yīng)的距離值，即完成對單個速率脈沖所對應(yīng)的距離值的誤差校正。
重復(fù)上述步驟a-d共5次(在其他實施例中，可以為7、10或15次，甚至更多，次數(shù)越多，得到二次誤差校正后的單個速率脈沖所對應(yīng)的移動距離值就越準(zhǔn)確)，并采用差值算法對單個速率脈沖所對應(yīng)的距離值進行二次誤差校正，并得到二次誤差校正后的單個速率脈沖所對應(yīng)的移動距離值。
所述差值濾波算法為速率脈沖數(shù)n與單個速率脈沖所對應(yīng)的距離值s0相乘得出所述準(zhǔn)直線的長度即實際行駛距離s＝n*s0，而s0對于一個給定系統(tǒng)為固定值。重復(fù)上述步驟a-d共5次，得5段實際行駛距離分別為s1、s2、s3、s4和s5，則s01＝(s2-s1)/(n2-n1)，s02＝(s3-s1)/(n3-n1)，s03＝(s4-s1)/(n4-n1)，s04＝(s5-s1)/(n5-n1)，s05＝(s3-s2)/(n3-n2)，s06＝(s4-s2)/(n4-n2)，s07＝(s5-s2)/(n5-n2)，s08＝(s4-s3)/(n4-n3)，s09＝(s5-s3)/(n5-n3)，s010＝(s5-s4)/(n5-n4)；求上述s01至s010之均值，即得到二次誤差校正后的單個速率脈沖所對應(yīng)的移動距離值s0。
見圖2，本實施例的GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)對陀螺儀單元22生成的轉(zhuǎn)動角度信號進行檢測和誤差校正的方法，包括如下步驟A、GPS接收器3中的GPS天線接收GPS信號，經(jīng)射頻放大器32送入GPS模塊31的射頻信號輸入端，GPS模塊31得出載體移動路線上各點的經(jīng)緯度信號；INS模塊2中的陀螺儀單元22在移動路線上生成轉(zhuǎn)動角度信號，并將該信號送至GPS模塊31的轉(zhuǎn)動角度信號輸入端；B、GPS模塊31根據(jù)所述經(jīng)緯度信號判斷載體移動路線是否處于非準(zhǔn)直線狀態(tài)；其中，當(dāng)GPS模塊31根據(jù)所述經(jīng)緯度信號得出載體移動路線的轉(zhuǎn)動角度小于15°時，則判斷載體移動路線處于準(zhǔn)直線狀態(tài)；反之，當(dāng)GPS模塊31根據(jù)所述經(jīng)緯度信號得出載體移動路線的轉(zhuǎn)動角度不小于15°時，則判斷載體移動路線處于非準(zhǔn)直線狀態(tài)。
C、當(dāng)GPS模塊31測得所述載體的移動路線在T1時刻進入非準(zhǔn)直線狀態(tài)，并在T2時刻進入準(zhǔn)直線狀態(tài)時，GPS模塊31根據(jù)來自INS模塊2中陀螺儀單元22的分別在T1時刻和T2時刻生成的所述轉(zhuǎn)動角度信號得出載體在T1至T2時刻內(nèi)的轉(zhuǎn)動角度θ1；GPS模塊31根據(jù)在T1至T2時刻內(nèi)所述載體移動路線上各點的經(jīng)緯度信號計算出該載體的轉(zhuǎn)動角度θ2；D、GPS模塊31得出在所述T1至T2時刻內(nèi)GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動角度的檢測誤差Δθ＝θ2-θ1；E、重復(fù)上述步驟A至D至少5次，并得到相應(yīng)個數(shù)的Δθ，對各Δθ進行差值計算，并得到補償值α；其中，對各Δθ進行差值計算時，先求各Δθ之和，后除以其總數(shù)，即得出所述補償值α。
F、GPS接收器3接收經(jīng)緯度信號受干擾時，GPS模塊31根據(jù)來自INS模塊2中陀螺儀單元22生成的轉(zhuǎn)動角度信號結(jié)合所述補償值α，得出經(jīng)誤差校正的移動轉(zhuǎn)角信號并送至CPU單元1的導(dǎo)航定位信號輸入端。
GPS模塊31定期對單個速率脈沖所對應(yīng)的移動距離值進行誤差校正并存儲替換現(xiàn)有的移動距離值。同時，還定期(如1星期1次)對移動轉(zhuǎn)角信號進行誤差校正，得出補償值α，并存儲替換現(xiàn)有的補償值。
權(quán)利要求
1.一種GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的角度檢測校正方法，包括如下步驟A、GPS接收器(3)中的GPS天線接收GPS信號，經(jīng)射頻放大器(32)送入GPS模塊(31)的射頻信號輸入端，GPS模塊(31)得出載體移動路線上各點的經(jīng)緯度信號；INS模塊(2)中的陀螺儀單元(22)在移動路線上生成轉(zhuǎn)動角度信號，并將該信號送至GPS模塊(31)的轉(zhuǎn)動角度信號輸入端；B、GPS模塊(31)根據(jù)所述經(jīng)緯度信號判斷載體移動路線是否處于非準(zhǔn)直線狀態(tài)；C、當(dāng)GPS模塊(31)測得所述載體的移動路線在T1時刻進入非準(zhǔn)直線狀態(tài)，并在T2時刻進入準(zhǔn)直線狀態(tài)時，GPS模塊(31)根據(jù)來自INS模塊(2)中陀螺儀單元(22)的分別在T1時刻和T2時刻生成的所述轉(zhuǎn)動角度信號得出載體在T1至T2時刻內(nèi)的轉(zhuǎn)動角度θ1；GPS模塊(31)根據(jù)在T1至T2時刻內(nèi)所述載體移動路線上各點的經(jīng)緯度信號計算出該載體的轉(zhuǎn)動角度θ2；D、GPS模塊(31)得出在所述T1至T2時刻內(nèi)GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動角度的檢測誤差Δθ＝θ2-θ1；E、重復(fù)上述步驟A至D至少5次，并得到相應(yīng)個數(shù)的Δθ，對各Δθ進行差值計算，并得到補償值α；F、GPS接收器(3)接收經(jīng)緯度信號受干擾時，GPS模塊(31)根據(jù)來自INS模塊(2)中陀螺儀單元(22)生成的轉(zhuǎn)動角度信號結(jié)合所述補償值α，得出經(jīng)誤差校正的移動轉(zhuǎn)角信號并送至CPU單元(1)的導(dǎo)航定位信號輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的角度檢測校正方法，其特征在于上述步驟B中，當(dāng)GPS模塊(31)根據(jù)所述經(jīng)緯度信號得出載體移動路線的轉(zhuǎn)動角度小于15°時，則判斷載體移動路線處于準(zhǔn)直線狀態(tài)；反之，當(dāng)GPS模塊(31)根據(jù)所述經(jīng)緯度信號得出載體移動路線的轉(zhuǎn)動角度不小于15°時，則判斷載體移動路線處于非準(zhǔn)直線狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的角度檢測校正方法，其特征在于上述步驟E中，對各Δθ進行差值計算時，先求各Δθ之和，后除以其總數(shù)，即得出所述補償值α。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的角度檢測校正方法，其特征在于GPS模塊(31)定期重復(fù)上述步驟并得出補償值α，后在存儲器中替換原有的補償值α。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的角度檢測校正方法，其利用GPS接收器對INS模塊中的陀螺儀單元生成的轉(zhuǎn)動角度信號進行校正，GPS信號受干擾時，CPU單元根據(jù)來自GPS模塊的經(jīng)誤差校正的移動轉(zhuǎn)角信號進行角度檢測，以減小轉(zhuǎn)動角度檢測誤差，從而解決了INS系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動角度誤差隨時間延續(xù)不斷增大，即誤差積累、漂移大的技術(shù)問題，最終提高了GPS/INS組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的定位導(dǎo)航精度。
文檔編號G01C21/10GK101017098SQ20071001977
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月9日
發(fā)明者秦春達, 姜加偉 申請人:江蘇新科數(shù)字技術(shù)有限公司