專利名稱：Gps/dr組合導(dǎo)航方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種GPS/DR組合導(dǎo)航方法，本發(fā)明還公開了及裝置，屬 于機動車輛定位指示技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景-
隨著汽車銷量的上升，人們出行頻率的增加，對GPS車載導(dǎo)航系統(tǒng)的 需求日益增強。目前GPS水平定位精度已經(jīng)達到3 5m，完全滿足車輛定 位精度的要求。但是，由于在城市高建筑群中或穿過立交橋時，常常會出 現(xiàn)GPS信號遮擋問題，導(dǎo)致GPS不能正常定位。
車載定位定向?qū)Ш较到y(tǒng)是指裝載在輪式及履帶式車輛上，能自主地為 車輛提供方位基準和位置信息的一種裝置。航位推算(簡稱DR)是常用 的車輛定位技術(shù)，但方向傳感器隨時間積累誤差較大，不能單獨、長時間 地使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種GPS/DR組合導(dǎo)航方法，克服了 GPS定位 方法經(jīng)常由于信號遮擋不能正常定位的缺欠，也解決了 DR定位技術(shù)中由 于方向傳感器隨時間積累誤差較大，不能單獨、長時間地使用的問題。
本發(fā)明還提供了適用于上述導(dǎo)航方法的聯(lián)合導(dǎo)航裝置，利用GPS系統(tǒng) 提供的位置和速度信息對DR系統(tǒng)的誤差進行實時的校正和補償。
本發(fā)明GPS/DR組合導(dǎo)航方法的解決方案如下
通過數(shù)據(jù)采集MCU的UART接口采集GPS接收機的數(shù)據(jù)，并按照應(yīng)EA0183協(xié)議將GPS數(shù)據(jù)進行解析；數(shù)據(jù)采集MCU的SPI對加速度傳感器和陀 螺儀的數(shù)據(jù)進行采樣，并按照固定格式對DR數(shù)據(jù)進行壓縮；GPS數(shù)據(jù)和 DR數(shù)據(jù)采樣完成后，數(shù)據(jù)采集MCU通過UART接口將GPS數(shù)據(jù)和DR數(shù)據(jù)傳 送給導(dǎo)航主控CPU;導(dǎo)航主控CPU存儲GPS與DR的組合定位、DR航位推 算兩種定位機制；導(dǎo)航主控CPU根據(jù)GPS的信號強度選擇具體的定位機制 當導(dǎo)航主控CPU根據(jù)內(nèi)部的GPS信息無法完成定位時，導(dǎo)航主控CPU利用 陀螺儀和車速脈沖來推算車輛的瞬時相對位置和航向，采用DR航位推算 定位機制實現(xiàn)連續(xù)自主式定位；當導(dǎo)航主控CPU內(nèi)部的GPS信息能過完成 定位時，導(dǎo)航主控CPU采用GPS與DR的組合定位機制實現(xiàn)連續(xù)自主式定 位，同時利用GPS精確的定位結(jié)果輔助DR的初始化，并且定期地用它對DR 的定位誤差進行在線校正。
導(dǎo)航主控CPU部分主要完成數(shù)據(jù)濾波、微型慣性測量元件的誤差補償 及初始校準、卡爾曼濾波和導(dǎo)航參數(shù)解算等功能。其系統(tǒng)組成主框圖如圖 1所示。
車輛水平轉(zhuǎn)角的判斷選取陀螺儀作為水平方向的轉(zhuǎn)角傳感器，系統(tǒng) 以100ms每次的采樣頻率對陀螺儀進行采樣，采集到的電壓轉(zhuǎn)換成該時刻 的角速度，角速度與時間相乘得到角度的變化量，將角度變化量進行累加 得到該時刻與基準時刻的角度變化量。
車輛位移的判斷根據(jù)車速信號推算下一點位置信息。
車輛行駛路面坡度的判斷根據(jù)加速度傳感器輸出信號可以推算出當
前車輛的傾角。單片機對加速度傳感器數(shù)據(jù)進行采樣，由加速度傳感器電
壓可以得到該時刻的加速度值，進而可知當前時刻的角度值。另外從GPS獲取的車速值為車速脈沖獲取的車速值在水平面上的分量，根據(jù)投影關(guān)系 可以得到當前車輛在豎直面的角度，用這兩種方式得到的數(shù)據(jù)可以推算出 當前的路面坡度。根據(jù)角度變化可以判斷車輛在多層立交橋的行駛狀況。 根據(jù)本發(fā)明方法制成GPS/DR組合導(dǎo)航裝置結(jié)構(gòu)如下
由車速脈沖、陀螺儀、加速度傳感器、GPS接收系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集MCU、 導(dǎo)航主控CPU組成，陀螺儀和加速度傳感器的模擬信號輸出端連接到A/D 轉(zhuǎn)換器的采樣通道，通過高精度A/D轉(zhuǎn)換器將陀螺儀和加速度傳感器輸出 的模擬信號轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字信號；A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號輸出端連接到數(shù) 據(jù)采集MCU的SPI 口，數(shù)據(jù)采集MCU對A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號進行實時采 集；車速脈沖連接到數(shù)據(jù)采集MCU的脈沖捕捉10 口，數(shù)據(jù)采集MCU通過 對車速脈沖的捕捉推算當前車速；溫度傳感器連接到數(shù)據(jù)采集MCU的I2C 口采集DR系統(tǒng)的溫度，對DR系統(tǒng)的溫度補償；GPS接收系統(tǒng)的UART1 口 連接到數(shù)據(jù)采集MCU的UART1 口，完成對GPS接收系統(tǒng)信息的提??；數(shù)據(jù) 采集MCU的UART 口連接到導(dǎo)航主控CPU的UART 口 ，導(dǎo)航主控CPU實時獲 取GPS接收系統(tǒng)信息和DR系統(tǒng)信息，導(dǎo)航主控CPU存儲有GPS與DR的組 合定位、DR航位推算兩種定位機制。
采用加速度傳感器測量行駛中汽車傾角的方法就可以幫助系統(tǒng)區(qū)分 當前路況的坡度狀況，當行使在多層立交橋和多層復(fù)合車庫時可以提高汽 車坐標的精度。
組合導(dǎo)航系統(tǒng)除了要完成大量運算處理工作外，還要實現(xiàn)慣性測量單 元IMU(陀螺儀和加速度計)和GPS等傳感器的數(shù)據(jù)采集、與外部系統(tǒng)的通 信、時序邏輯控制和人機接口等功能。本發(fā)明的積極效果在于將GPS/DR技術(shù)有機結(jié)合，采用了多傳感器
數(shù)據(jù)融合，具有接收和處理里程計信息、慣性測量單元IMU以及GPS的信息的功能。數(shù)據(jù)采集MCU采集GPS數(shù)據(jù)和DR組合導(dǎo)航數(shù)據(jù)，導(dǎo)航主控CPU完成數(shù)據(jù)的融合處理，數(shù)據(jù)采集MCU和導(dǎo)航主控CPU通過UART口進行通信，完成實時數(shù)據(jù)交互。GPS與DR的結(jié)合，提高了系統(tǒng)的有效性、完整性和定位精度。實現(xiàn)了全方位、全天候、無遮擋、高精度定位的目的。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)組成主框圖；圖2為本發(fā)明電路原理圖。
具體實施方式
實施例1
根據(jù)圖1所示，GPS/DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)的工作流程可以分成以下5個主要步驟
(1) 通過GPS接收系統(tǒng)4接收衛(wèi)星的定位數(shù)據(jù)；
(2) 通過陀螺儀2對車輛轉(zhuǎn)角進行推算；
(3) 通過加速度傳感器3對路面坡度進行推算；
(4) 通過車速脈沖1對車輛行駛距離進行推算；
(5) 數(shù)據(jù)采集MCU5將上述信息發(fā)送給通過導(dǎo)航主控CPU 6，對所有數(shù)據(jù)進行篩選、濾波，推算出車輛行駛的具體位置。
實施例2
根據(jù)圖2所示，本發(fā)明裝置由車速脈沖1、陀螺儀2(村田公司MEV50A)、加速度傳感器3 (KI0NIX公司KXPA4)、 GPS接收系統(tǒng)4 (U-BL0X公司LEA-4H)，數(shù)據(jù)采集MCU5 (MC9S08AW60單片機)、導(dǎo)航主控CPU 6 (采用瑞薩導(dǎo)航平臺SH7770)組成，陀螺儀2和加速度傳感器3的模擬信號輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換器7的采樣通道，通過高精度A/D轉(zhuǎn)換器7將陀螺儀2和加速度傳感器3輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字信號；A/D轉(zhuǎn)換器7的數(shù)字信號輸出端連接到數(shù)據(jù)采集MCU 5的SPI 口，數(shù)據(jù)采集MCU 5對A/D轉(zhuǎn)換器7的數(shù)字信號進行實時采集；車速脈沖1連接到數(shù)據(jù)采集MCU 5的脈沖捕捉10 口，數(shù)據(jù)采集MCU 5通過對車速脈沖1的捕捉推算當前車速；溫度傳感器8連接到數(shù)據(jù)采集MCU5的I2C 口采集DR系統(tǒng)的溫度，對DR系統(tǒng)的溫度補償；GPS接收系統(tǒng)4的UART1 口連接到數(shù)據(jù)采集MCU 5的UART1口，完成對GPS接收系統(tǒng)4信息的提?。粩?shù)據(jù)采集MCU 5的UART 口連接到導(dǎo)航主控CPU6的UART 口 ，導(dǎo)航主控CPU6實時獲取GPS接收系統(tǒng)4信息和DR系統(tǒng)信息，導(dǎo)航主控CPU6存儲有GPS與DR的組合定位、DR航位推算兩種定位機制，導(dǎo)航主控CPU6根據(jù)GPS系統(tǒng)的信號強度選擇具體的定位機制，實現(xiàn)了全方位、全天候、無遮擋、高精度定位的目的。
8
權(quán)利要求
1、一種GPS/DR組合導(dǎo)航方法，其特征在于通過數(shù)據(jù)采集MCU的UART接口采集GPS接收機的數(shù)據(jù)，并按照NMEA 0183協(xié)議將GPS數(shù)據(jù)進行解析；數(shù)據(jù)采集MCU的SPI對加速度傳感器和陀螺儀的數(shù)據(jù)進行采樣，并按照固定格式對DR數(shù)據(jù)進行壓縮；GPS數(shù)據(jù)和DR數(shù)據(jù)采樣完成后，數(shù)據(jù)采集MCU通過UART接口將GPS數(shù)據(jù)和DR數(shù)據(jù)傳送給導(dǎo)航主控CPU；導(dǎo)航主控CPU存儲GPS與DR的組合定位、DR航位推算兩種定位機制；導(dǎo)航主控CPU根據(jù)GPS的信號強度選擇具體的定位機制當導(dǎo)航主控CPU根據(jù)內(nèi)部的GPS信息無法完成定位時，導(dǎo)航主控CPU利用陀螺儀和車速脈沖來推算車輛的瞬時相對位置和航向，采用DR航位推算定位機制實現(xiàn)連續(xù)自主式定位；當導(dǎo)航主控CPU內(nèi)部的GPS信息能過完成定位時，導(dǎo)航主控CPU采用GPS與DR的組合定位機制實現(xiàn)連續(xù)自主式定位，同時利用GPS精確的定位結(jié)果輔助DR的初始化，并且定期地用它對DR的定位誤差進行在線校正。
2、 權(quán)利要求1導(dǎo)航方法的聯(lián)合導(dǎo)航裝置，其特征在于由車速脈沖(1)、 陀螺儀(2)、加速度傳感器(3)、 GPS接收系統(tǒng)(4)，數(shù)據(jù)采集MCU (5)、導(dǎo)航 主控CPU (6)組成，陀螺儀(2)和加速度傳感器(3)的模擬信號輸出端連接 到A/D轉(zhuǎn)換器(7)的采樣通道，通過高精度A/D轉(zhuǎn)換器(7)將陀螺儀(2)和 加速度傳感器(3)輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為12位數(shù)字信號；A/D轉(zhuǎn)換器(7) 的數(shù)字信號輸出端連接到數(shù)據(jù)采集MCU (5)的SPI 口，數(shù)據(jù)采集MCU (5)對 A/D轉(zhuǎn)換器(7)的數(shù)字信號進行實時采集；車速脈沖(1)連接到數(shù)據(jù)采集MCU(5)的脈沖捕捉IO 口，數(shù)據(jù)采集MCU (5)通過對車速脈沖(1)的捕捉推算 當前車速；溫度傳感器(8)連接到數(shù)據(jù)采集MCU (5)的I2C 口采集DR系統(tǒng)的溫度，對DR系統(tǒng)的溫度補償；GPS接收系統(tǒng)(4)的UART1 口連接到數(shù)據(jù)采 集MCU (5)的UART1 口，完成對GPS接收系統(tǒng)(4)信息的提?。粩?shù)據(jù)采集MCU (5)的UART 口連接到導(dǎo)航主控CPU (6)的UART 口，導(dǎo)航主控CPU (6)實時 獲取GPS接收系統(tǒng)(4)信息和DR系統(tǒng)信息，導(dǎo)航主控CPU (6)存儲有GPS與 DR的組合定位、DR航位推算兩種定位機制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種GPS/DR組合導(dǎo)航方法及裝置，通過數(shù)據(jù)采集MCU采集GPS數(shù)據(jù)，按照NMEA 0183協(xié)議將GPS數(shù)據(jù)進行解析；同時對加速度傳感器和陀螺儀的數(shù)據(jù)進行采樣，傳送給導(dǎo)航主控CPU；導(dǎo)航主控CPU存儲GPS與DR的組合定位、DR航位推算兩種定位機制；導(dǎo)航主控CPU根據(jù)GPS的信號強度選擇具體的定位機制；根據(jù)GPS接收系統(tǒng)提供的位置和速度信息對DR系統(tǒng)的誤差進行實時的校正和補償，克服了GPS定位方法經(jīng)常由于信號遮擋不能正常定位的缺欠，也解決了DR定位技術(shù)中由于方向傳感器隨時間積累誤差較大，不能單獨、長時間地使用的問題。
文檔編號G01C21/28GK101493335SQ20091006657
公開日2009年7月29日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者李掌宇, 軍 渠, 宇 王, 楊 白, 趙孝國 申請人:啟明信息技術(shù)股份有限公司