光電式gps盲區(qū)環(huán)境下車(chē)輛可持續(xù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于車(chē)輛導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光電式GPS盲區(qū)環(huán)境下車(chē)輛可持續(xù) 導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前通用車(chē)輛導(dǎo)航所需的經(jīng)煒度、航向角度、速度信息均通過(guò)GPS信號(hào)處理得到。 但是由于實(shí)際車(chē)輛行駛環(huán)境存在地庫(kù)、隧道、密集樓宇建筑等GPS信號(hào)丟失的情況，尤其是 某些在隧道中存在分叉道路的情況下，通常的GPS導(dǎo)航不能繼續(xù)，對(duì)駕駛員帶來(lái)極大不便。
[0003] 已公開(kāi)的專(zhuān)利200810095693. 1微慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及方法，201220150839. X汽車(chē)慣 性導(dǎo)航系統(tǒng)，201310183675. X -種多功能慣性汽車(chē)導(dǎo)航儀均是采用慣性導(dǎo)航的原理進(jìn)行 GPS盲區(qū)內(nèi)車(chē)輛運(yùn)動(dòng)和位置數(shù)據(jù)的處理，由于慣性導(dǎo)航元件價(jià)格相對(duì)較高，需要配備相應(yīng)的 三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)、三軸地磁傳感器，導(dǎo)致整體系統(tǒng)成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種光電式GPS盲區(qū)環(huán)境下車(chē)輛可持續(xù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集裝 置及方法，旨在解決現(xiàn)有的車(chē)輛普通GPS導(dǎo)航無(wú)法實(shí)現(xiàn)盲區(qū)導(dǎo)航，以及可盲區(qū)導(dǎo)航的系統(tǒng) 需采用慣導(dǎo)元器件所存在的成本較高問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種光電式GPS盲區(qū)環(huán)境下車(chē)輛可持續(xù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集裝 置，所述光電式GPS盲區(qū)環(huán)境下車(chē)輛可持續(xù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集裝置包括：
[0006] 成像感光元件，通過(guò)透鏡連續(xù)接收地面信息，將連續(xù)變化的地面信息保存為連續(xù) 的圖像并傳輸給數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊；
[0007] 超聲傳感器，實(shí)時(shí)記錄透鏡到地面的距離信息并傳輸給數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊；
[0008] 數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊，與成像感光元件、超聲傳感器連接，用于對(duì)獲取的圖像進(jìn)行分 別采樣，并計(jì)算得出成像模塊所在車(chē)身獨(dú)立測(cè)量點(diǎn)實(shí)際移動(dòng)的橫向、縱向的位移。
[0009] 進(jìn)一步，所述成像感光元件的下方設(shè)置有透鏡，透鏡的一側(cè)安裝有以設(shè)定角度射 向地面光源；選用發(fā)光二極管或者激光發(fā)射器。
[0010] 進(jìn)一步，所述光電式GPS盲區(qū)環(huán)境下車(chē)輛可持續(xù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集裝置還包括：
[0011] 俯仰單軸陀螺儀，與數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊連接，用于采集路面坡度近似值，并對(duì)車(chē)輛 實(shí)際位移進(jìn)行修正，以匹配地圖信息中經(jīng)度煒度的平面定位狀態(tài)；
[0012] GPS天線(xiàn)，與數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊連接，用于實(shí)現(xiàn)車(chē)輛GPS定位；
[0013] 輸出接口，與數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊連接，將運(yùn)算得到車(chē)輛的車(chē)速和航向角度傳遞給 車(chē)輛的導(dǎo)航系統(tǒng)。
[0014] 進(jìn)一步，所述成像感光元件的工作面、透鏡的焦平面及地面依次互相平行，成像感 光元件為互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體圖像傳感器CMOS或電荷藕合器件圖像傳感器CCD。
[0015] 進(jìn)一步，所述數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊對(duì)接收的圖像進(jìn)行采樣，在tl時(shí)刻，地面信息的 特征光斑在成像感光元件的位置，經(jīng)過(guò)一個(gè)采樣周期T后，特征光斑移動(dòng)至成像感光元件 的另一位置，進(jìn)而得到特征光斑在成像感光元件的橫向位移Ax和縱向位移Ay;同時(shí)，在 tl時(shí)刻，地面信息的特征光斑在地面的位置，經(jīng)過(guò)一個(gè)采樣周期T后，特征光斑移動(dòng)至地面 的另一位置，特征光斑在地面的橫向位移為AX和縱向位移為ΔΥ;進(jìn)而數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊 根據(jù)比例關(guān)系：；^/11=八1/八乂=八7/八￥，計(jì)算得出特征光斑在地面的橫向位移八乂和縱 向位移ΔΥ，即車(chē)輛實(shí)際移動(dòng)的橫向、縱向的位移，再通過(guò)橫向位移及縱向位移的合成，得到 車(chē)輛的矢量位移，車(chē)輛的矢量位移除以采樣周期T即得到車(chē)輛的速度矢量。
[0016] 進(jìn)一步，車(chē)輛位移與航向角的具體計(jì)算方法：
[0017] 測(cè)量得到Vlx，Vly，V2x，V2y，質(zhì)心到測(cè)量點(diǎn)距離為a，質(zhì)心到另一測(cè)量點(diǎn)距離為b ;
[0018] 根據(jù)整車(chē)動(dòng)力學(xué)，車(chē)輛質(zhì)心處X，y向速度分量為：
[0019] V0x=Vlx=V2x;
[0020] V0y= (bV ly+aV2y) / (a+b)；
[0021] 質(zhì)心橫擺角速度為：
[0022] ω = (Vly+V2y)/ (a+b)；
[0023] 則在車(chē)輛經(jīng)過(guò)隧道的Δ T時(shí)間內(nèi)，車(chē)輛質(zhì)心相對(duì)于入隧道前的位移為：
[0024]
[0025] 車(chē)輛相對(duì)航向角為：
[0026]
[0027] 則車(chē)輛在駛出隧道時(shí)的位移與航向角為：
[0028]
[0029] 進(jìn)一步，所述輸出接口采用串行外圍設(shè)備接口 SPI，輸出接口接收數(shù)值信號(hào)計(jì)算模 塊的速度矢量，并將該速度矢量傳遞給車(chē)輛的整車(chē)控制器。
[0030] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種光電式GPS盲區(qū)環(huán)境下車(chē)輛可持續(xù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)采 集方法，所述光電式GPS盲區(qū)環(huán)境下車(chē)輛可持續(xù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集方法包括：將車(chē)輛直行的方 向?yàn)榭v向，垂直車(chē)輛直行的方向?yàn)闄M向；車(chē)輛的光源將地面照亮，將連續(xù)變化的地面信息保 存為連續(xù)的圖片；將連續(xù)的圖片信息前后對(duì)比分析處理，在tl時(shí)刻，地面特征光斑的位置， 經(jīng)過(guò)一個(gè)采樣周期T后，由于車(chē)輛相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)，地面特征光斑移動(dòng)至另一位置，即相 對(duì)于車(chē)輛該光斑產(chǎn)生了 AX的橫向位移以及ΔΥ的縱向位移，相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)即在tl時(shí)刻，地 面特征光斑成像在位置，經(jīng)過(guò)一個(gè)采樣周期T后，地面特征光斑成像移動(dòng)至另一位置，即光 斑產(chǎn)生了 Δχ的橫向位移以及Ay的縱向位移，測(cè)量Δχ、Ay的數(shù)值，得到圖片記錄的車(chē)輛 的縱向、橫向的位移，同時(shí)，根據(jù)超聲傳感記錄的距離信息，計(jì)算得到車(chē)輛實(shí)際移動(dòng)的縱向、 橫向的位移，進(jìn)而得到車(chē)輛的速度矢量。
[0031] 本發(fā)明提供的光電式GPS盲區(qū)環(huán)境下車(chē)輛可持續(xù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集裝置及方法，將傳 統(tǒng)光電式非接觸測(cè)量的一維速度測(cè)量通過(guò)數(shù)據(jù)測(cè)量算法，升級(jí)到對(duì)車(chē)輛平面運(yùn)動(dòng)的二維速 度測(cè)量，對(duì)大機(jī)動(dòng)性車(chē)輛動(dòng)力學(xué)的研究提供了數(shù)據(jù)采集便利，通過(guò)直接采集地面圖像信息， 經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理得到車(chē)輛相對(duì)于地面的二維速度信息，可用于車(chē)輛平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的多 參數(shù)測(cè)量。通過(guò)超聲波傳感器離地間隙距離h的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)修訂，可以有效抵消因車(chē)輛俯仰、 側(cè)傾和垂向運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的車(chē)速測(cè)量誤差。本裝置與方法可以在無(wú) GPS環(huán)境下進(jìn)行車(chē)輛位置 及速度矢量參數(shù)的確定，也可用于有GPS環(huán)境下車(chē)輛動(dòng)力學(xué)參數(shù)的精確測(cè)量用于車(chē)輛動(dòng)力 學(xué)主動(dòng)控制系統(tǒng)。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的光電式GPS盲區(qū)環(huán)境下車(chē)輛可持續(xù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集裝置 結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊的數(shù)據(jù)計(jì)算原理示意圖。
[0034] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的光電式測(cè)量模塊安裝示意圖。
[0035] 圖中：1、成像感光元件；2、超聲傳感器；3、光源；4、俯仰單軸陀螺儀；5、數(shù)值信號(hào) 計(jì)算模塊；6、GPS天線(xiàn)；7、輸出接口。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0037] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作詳細(xì)的描述。
[0038] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的光電式GPS盲區(qū)環(huán)境下車(chē)輛可持續(xù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集裝 置主要包括：成像感光元件1、超聲傳感器2、光源3、俯仰單軸陀螺儀4、數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊 5、GPS天線(xiàn)6、輸出接口 7 ;
[0039] 成像感光元件1的下方設(shè)置有透鏡，透鏡的一側(cè)安裝有光源3,成像感光元件1、超 聲傳感器2、光源3連接俯仰單軸陀螺儀4和數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊5,數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊5連 接GPS天線(xiàn)6和輸出接口 7。
[0040] 參見(jiàn)附圖1，包括：成像模塊、超聲傳感器、數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊及接口模塊；
[0041] 所述成像模塊包括：光源3、透鏡及成像感光元件1 ;所述光源3以設(shè)定角度射向 地面，光源3選用發(fā)光二極管或者激光發(fā)射器；所述成像感光元件1的工作面、透鏡的焦平 面及地面依次互相平行，透鏡中心到成像感光元件1工作面的距離為f，成像感光元件1通 過(guò)透鏡連續(xù)接收地面信息，將連續(xù)變化的地面信息保存為連續(xù)的圖像并傳輸給數(shù)值信號(hào)計(jì) 算模塊5,其中，成像感光元件1為互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體圖像傳感器CMOS或電荷藕合器件 圖像傳感器CXD ;
[0042] 所述超聲傳感器2實(shí)時(shí)記錄透鏡到地面的距離信息h并傳輸給數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊 5 ；
[0043] 參見(jiàn)附圖2,所述數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊5對(duì)接收的圖像進(jìn)行采樣，在tl時(shí)刻，地面信 息的特征光斑在成像感光元件1的Si位置，經(jīng)過(guò)一個(gè)采樣周期T后，特征光斑移動(dòng)至成像 感光元件的s2位置，進(jìn)而得到特征光斑在成像感光元件1的橫向位移△ X和縱向位移△ y