一種室內(nèi)組合導(dǎo)航仿真驗證系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種室內(nèi)組合導(dǎo)航仿真驗證系統(tǒng)，適用于室內(nèi)移動目標(biāo)的實時導(dǎo)航，并為室內(nèi)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的實際應(yīng)用性能驗證提供了可能性。
【背景技術(shù)】
[0002]在開闊的室外環(huán)境中，全球定位系統(tǒng)GPS提供了非常精確的定位信息，可以方便的為出行的人們進行實時導(dǎo)航。然而由于室內(nèi)環(huán)境的特殊性，當(dāng)前一些用于室外定位算法和導(dǎo)航系統(tǒng)很難移植到室內(nèi)導(dǎo)航的應(yīng)用中。隨著信息與通信技術(shù)的普及，人們對于室內(nèi)定位信息的需求與日俱增，一些公共場所，像商場、機場、展廳、寫字樓、倉庫、地下停車場、監(jiān)獄、軍事訓(xùn)練基地等都需要使用準(zhǔn)確的定位導(dǎo)航信息。
[0003]近年來，無線定位以其低成本、低功耗和低系統(tǒng)復(fù)雜度的特點在短距離定位領(lǐng)域表現(xiàn)出很大的潛力。無線定位在無GPS信號地區(qū)，即所謂的“盲區(qū)”時，如室內(nèi)、高層建筑密集的市區(qū)、礦井、隧道等環(huán)境下未知節(jié)點定位提供了可能。但是，無線定位只能提供位置和速度信息，不能提供全面的運動信息；而且，無線定位的定位極易受到室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境的影響。
[0004]慣性導(dǎo)航具有全自主、運動信息全面、短時、高精度的優(yōu)點，雖然可以實現(xiàn)自主導(dǎo)航，但誤差隨時間積累，長航時運行條件下將導(dǎo)致導(dǎo)航精度嚴(yán)重下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種能夠提供全面的運動信息、受室內(nèi)環(huán)境影響小、導(dǎo)航精度高的室內(nèi)組合導(dǎo)航仿真驗證系統(tǒng)，以便驗證無線定位和慣性導(dǎo)航的組合導(dǎo)航系統(tǒng)的實際應(yīng)用性能。
[0006]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
整個室內(nèi)組合導(dǎo)航仿真驗證系統(tǒng)由無線定位模塊裝置、九自由度慣性導(dǎo)航模塊裝置、模擬小車和上位機四部分組成。
[0007]無線定位模塊裝置:包括基站和標(biāo)簽，在室內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢貌荚O(shè)基站，作為參考點用來測定標(biāo)簽的位置，標(biāo)簽放置于模擬小車上，與上位機連接通信，當(dāng)收到上位機的定位命令后會返回標(biāo)簽與其周圍基站的距離信息；
九自由度慣性導(dǎo)航模塊裝置:放置于模擬小車上，與上位機連接通信，完成對模擬小車東南西北四個方向加速度和模擬小車航向角的測量；
模擬小車:設(shè)有無線接收模塊裝置，接受遠(yuǎn)程遙控控制，實現(xiàn)前進后退、左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)活動；模擬小車上還放置著上位機，通過標(biāo)簽和慣性導(dǎo)航模塊裝置實時測得模擬小車的位置坐標(biāo)、運行速度和運行方向；
以及，上位機:計算并實時顯示模擬小車的位置坐標(biāo)、運行速度、移動軌跡和小車的運行方向，以指導(dǎo)模擬小車下一時間的運行方向。
[0008](I)無線定位模塊裝置:本模塊裝置分為基站和標(biāo)簽兩部分，根據(jù)實際的應(yīng)用場景構(gòu)造一個二維圖，在二維圖中布設(shè)基站，基站的位置坐標(biāo)是已知的，作為參考點用來測定標(biāo)簽的位置，在室內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢貌荚O(shè)基站，根據(jù)室內(nèi)的具體環(huán)境確定布設(shè)的地點和數(shù)量；標(biāo)簽放置于模擬小車上，通過USB串口總線與上位機連接，當(dāng)收到上位機的定位命令后會返回標(biāo)簽與其周圍基站的距離信息，上位機通過收到的標(biāo)簽與基站的距離信息計算出標(biāo)簽在應(yīng)用場景中的位置坐標(biāo)。
[0009](2)九自由度慣性導(dǎo)航模塊裝置:本模塊裝置包括三軸陀螺儀傳感器、三軸加速傳感器、三軸磁感應(yīng)傳感器以及一個數(shù)據(jù)處理芯片和串行通訊接口。因此可以采集模擬小車的加速度、角速度以及角度的信息。數(shù)據(jù)處理芯片對傳感器數(shù)據(jù)進行融合，完成對模擬小車四個方向(東向、南向、西向、北向)加速度和模擬小車航向角的測量，串行通訊接口通過USB串口總線與上位機連接。
[0010](3)模擬小車:模擬小車從下到上共分為三層。第一層為動力模塊裝置，主要包括小車的四個車輪、兩個伺服電機。小車采用兩個驅(qū)動輪，兩個從動輪的驅(qū)動模式，兩個驅(qū)動輪通過履帶分別與兩個伺服電機進行連接，兩個從動輪使用的是萬向輪，通過控制兩個伺服電機的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速完成小車的前進后退和左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)。第二層為小車的電機控制單元裝置、電源模塊裝置和無線接收模塊裝置，將其集中到控制箱中，電機控制單元裝置使用一塊信捷PLC分別控制兩個伺服電機的驅(qū)動器，電源模塊裝置使用兩塊蓄電池進行供電，通過無線接收模塊裝置接受遠(yuǎn)程遙控控制，可在遠(yuǎn)程對小車的前進后退、左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)進行控制。第二層共同完成小車的基本運動和小車內(nèi)的動力的提供，并且可以通過電機控制單元裝置對模擬小車的運行速度和路程進行嚴(yán)格的監(jiān)控。第三層主要放置著無線定位模塊裝置的標(biāo)簽、九自由度慣性導(dǎo)航模塊裝置和上位機，標(biāo)簽和九自由度慣性導(dǎo)航模塊裝置通過USB串口總線與上位機進行連接通信，通過無線定位模塊裝置和慣性導(dǎo)航模塊裝置可以實時的測得模擬小車的位置坐標(biāo)、運行速度和小車的運行方向。
[0011](4)上位機:無線定位模塊裝置的標(biāo)簽和九自由度慣性導(dǎo)航模塊裝置通過USB串口總線與上位機進行通信，上位機可實時顯示模擬小車的位置坐標(biāo)、運行速度、移動軌跡和小車的運行方向。在小車沿著預(yù)定的軌跡運行的過程中，上位機計算并顯示模擬小車的導(dǎo)航信息以指導(dǎo)模擬小車下一時間的運行方向。
[0012]無線定位模塊裝置負(fù)責(zé)測量模擬小車在室內(nèi)的位置坐標(biāo)，九自由度慣性導(dǎo)航模塊裝置負(fù)責(zé)模擬小車四個方向(東向、南向、西向、北向)加速度和模擬小車航向角的測量。上位機通過采集到的數(shù)據(jù)信息完成對模擬小車導(dǎo)航信息的計算和顯示。在室內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢貌荚O(shè)無線定位模塊裝置中的基站，只需保證基站在標(biāo)簽無線信號覆蓋范圍內(nèi)。在模擬小車沿著預(yù)定的軌跡運行的過程中，通過無線定位模塊裝置和慣性導(dǎo)航模塊裝置可以獲得模擬小車的位置坐標(biāo)、運行姿態(tài)、運行速度和路程等導(dǎo)航信息，觀察人員就可以根據(jù)上位機中的導(dǎo)航信息確定模擬小車下一時間的運行方位。
[0013]本發(fā)明的有益效果是，一方面可以克服慣性導(dǎo)航產(chǎn)生的累計誤差，導(dǎo)航精度高，另一方面可以克服無線定位模塊裝置易受外界環(huán)境干擾的缺點，能夠提供全面的運動信息，并且為室內(nèi)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的實際應(yīng)用性能驗證提供了可能性。
【附圖說明】
[0014]圖1為模擬小車結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明整體示意圖。
[0015]圖中，I從動輪，2主動輪，3伺服電機，4小車控制箱，5上位機，6無線定位與慣性導(dǎo)航，7履帶。8基站，9室內(nèi)空間，10遙控小車的人。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造做進一步詳細(xì)說明。
[0017]整個室內(nèi)組合導(dǎo)航仿真驗證系統(tǒng)由無線定位模塊裝置、九自由度慣性導(dǎo)航模塊裝置、模擬小車和上位機四部分組成。
[0018]無線定位模塊裝置:本模塊裝置分為基站8和標(biāo)簽兩部分，根據(jù)實際的應(yīng)用場景構(gòu)造一個二維圖，在二維圖中布設(shè)基站，基站的位置坐標(biāo)是已知的，基站作為參考點用來測定標(biāo)簽的位置，在室內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢貌荚O(shè)基站，根據(jù)室內(nèi)的具體環(huán)境確定布設(shè)的地點和數(shù)量；標(biāo)簽放置于模擬小車上，通過USB串口總線與上位機連