車輛航位推算定位方法及定位模塊的製作方法
2023-05-30 22:11:46 1
專利名稱：車輛航位推算定位方法及定位模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種結合衛星定位數據的車輛航位推算定位方法以及相應的定位模塊。
背景技術：
在現代車輛衛星導航和定位的技術中，廣泛使用了衛星定位技術，例如美國的全球定位系統(GPS)、俄羅斯的GLONASS、中國的北鬥定位系統；特別是GPS，已經廣泛使用，只要在車輛上裝載GPS接收機，只要在車輛上裝載GPS接收機，如果能保證良好地接收到四個衛星信號，就能準確知道車輛位置、速度、運動方向等要素，控制系統比照電子地圖，實現導航。
使用角速度傳感器和加速度傳感器的傳統慣導技術能夠實現車輛的自主定位，其優點是在短時間內有相當高的精度，而且能夠連續給出定位信號；但是由於汽車在行駛過程中的頻繁啟動、剎車，加速度的累計誤差會很大，一般使用汽車裡程表來測量汽車速度。
由於汽車的普及和GPS的成熟，汽車使用的衛星導航系統越來越多，車輛衛星導航系統的基礎是能準確連續地對汽車定位，但在實際應用中，由於大都市高架、隧道、立交橋等原因，許多地區衛星信號接收不到；而且由於城市大建築物帶來的無線電波多路效應，大大降低了GPS的定位精度；在叢林地區或在有樹木高大的城市內，由於樹葉對無線電波的影響，GPS的定位不可靠；這樣的後果是不能提供連續準確的車輛定位，影響了衛星導航系統的使用；在山區和隧道多的公路，對使用GPS作為行駛記錄的依據時，同樣會產生行駛數據記錄的不全或錯誤。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於避免上述現有技術中的不足，而提出一種連續準確地對車輛進行定位的結合衛星定位數據的車輛航位推算定位方法，以及相應的定位模塊。
本發明所提供的技術方案是一種結合衛星定位數據的車輛航位推算定位方法，該定位方法包括有以下步驟啟動車輛和對GPS信息的接收，對在設定的時間內接收到的GPS數據完整性進行判斷a.收到完整的GPS數據，以GPS數據流的周期作為航位推算的計算周期，並保留航位推算有關的有效信息時間、經度、緯度、水平誤差、高度誤差、衛星數量、航位、速度、DGPS；b.不能收到完整的GPS數據，同時啟動內部時鐘作為航位推算時鐘；連續檢測車輛變化的角度和速度，利用角度和速度的數值進行航位推算計算出車輛的相對方位變化，得到車輛的經度、緯度、航向的變化值；根據設定的有效的衛星數量和水平誤差值，結合車輛航位推算的經緯度變化值誤差，來判斷定位的GPS數據流的可靠性a.GPS定位數據可靠，將此值保留作為航位推算的基準點進行輸出；b.GPS定位數據不可靠，以航位推算計算出的車輛的經度、緯度、航向的值作為定位數據輸出。
進一步地，所述的定位方法還包括利用電子地圖匹配的數據，來判斷GPS數據流的可靠性。
一種用於上述的定位方法的定位模塊，該模塊包括有陀螺儀、電源管理部件、MCU中央處理器、數據信號接口和與車輛裡程倒車信號匹配的接收電路，MCU中央處理器與陀螺儀、與車輛裡程倒車信號匹配的接收電路、數據信號接口和電源管理部件相連，電源管理部件與陀螺儀相連。
所述數據信號接口設有標準的RS232接口和TTL電平接口。
本發明有如下優點能實現車輛連續準確的定位，利用GPS的定位數據，自動標定裡程表，消除了車胎變化對定位精度的影響，也可以自動校準陀螺儀的精度，消除安裝位置水平度的影響；也可以利用陀螺傳感器測量角度，利用裡程表得到當前的速度，通過基於參數估計的多傳感器信息融合技術可有效地確定移動車輛的精確位置，具有良好的自主性和可靠的精度，將在未來的衛星導航定位技術和車輛行駛記錄技術發展中佔有十分重要的地位。
定位模塊能自行定位，在短時間內具有良好的定位精度；同時本模塊在衛星信號良好時，利用衛星信號消除慣導定位模塊的定位誤差；這樣，即使在衛星信號不好的地方，也能得到穩定、連續、準確的車輛定位信息；本模塊具有接收電子地圖匹配命令地數據接口，能接收這種輔助定位方式來提高定位精度；通過MCU中央處理器的處理，通過增強型卡爾曼濾波器，實現最優定位信號輸出；能提供給GPS接收機生產廠家、車輛導航儀生產廠家、車輛行駛記錄儀廠家、GPS定位技術系統集成商等廣泛採用。
圖1為本發明的流程框圖；圖2為定位模塊的結構原理框圖；圖3為定位模塊中的電源管理電路示意圖；圖4為航位推算原理圖。
具體實施例方式
下面結合
本發明的具體實施方式
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如圖1所示的一種結合衛星定位數據的車輛航位推算定位方法，該定位方法包括有以下步驟啟動車輛和對GPS信息的接收，對在設定的時間內接收到的GPS數據完整性進行判斷a.收到完整的GPS數據，以GPS數據流的周期作為航位推算的計算周期，並保留航位推算有關的有效信息時間、經度、緯度、水平誤差、高度誤差、衛星數量、航位、速度、DGPS；b.不能收到完整的GPS數據，同時啟動內部時鐘作為航位推算時鐘；然後連續檢測車輛變化的角度和速度，利用角度和速度的數值進行航位推算計算出車輛的相對方位變化，得到車輛的經度、緯度、航向的變化值；根據設定的有效的衛星數量和水平誤差值，結合車輛航位推算的經緯度變化值誤差，來判斷定位的GPS數據流的可靠性a.GPS定位數據可靠，將此值保留作為航位推算的基準點進行輸出；b.GPS定位數據不可靠，以航位推算計算出的車輛的經度、緯度、航向的值作為定位數據輸出。
如圖2所示的一種定位模塊的結構原理圖，該模塊包括有陀螺儀、電源管理部件、MCU中央處理器、數據信號接口和與車輛裡程倒車信號匹配的接收電路，MCU中央處理器與陀螺儀、與車輛裡程倒車信號匹配的接收電路、數據信號接口和電源管理部件相連，電源管理部件與陀螺儀相連。陀螺儀信號為角度位移信號，為了準確計算角度，經V/F變換後送到MCU中央處理器。直接使用車輛本體的裡程表信號來代替加速度傳感器測速，通過裡程表與前進/倒車的綜合測試得倒車輛的位移信號。
MCU中央處理器採用16位微處理器(MSP430F1)，能降低功耗，保證運算速度。MCU中央處理器包括航位推算(DR)、坐標系轉換、組合濾波、接口管理4個子模塊組成，對衛星電文進行接收、分析和處理，當衛星信號穩定，定位精度滿足定位條件時，自動消除自主導航的定位誤差。無論何時，MCU中央處理器一直在對裡程表信號和陀螺儀信號進行處理，計算出自主定位數據；如果MCU中央處理器判斷GPS定位精度不夠或者衛星定位失效，MCU中央處理器將輸出自主定位數據。
而數據信號接口設有標準的RS232接口和TTL電平接口，MCU中央處理器數據流可以通過RS232接口電路直接連接計算機，也可以通過TTL電平接口連接通信模塊或其它管理模塊。如果長時間收不到GPS信號或者說GPS定位無效，本定位模塊還可通過RS232接口接收外部計算機的電子地圖匹配數據校準。
如圖3所示的定位模塊中的電源管理部件，設有二級電源管理，對應單一車載電源，用戶使用時不需要另行加裝外部電源電路；使用車載電源直接供電，兩級電源轉換電路產生+5V和+3.3V電源+5V供陀螺儀使用，+3.3V電源供MCU使用。
如圖4所示的航位推算原理圖，算法如下在基準點確認後，基於航位推算(DR)的原理如下，知道上一次定位的坐標和方向後，可以根據兩點間的位移和角度變化來推算出當前點的坐標位置和方向。公式如下，X1＝X0+S0Cos(L0)，Y1＝Y0+S0Sin(L0)，依次類推各點。計算時也可以採用極坐標方式；推算完後，需要換算成與NEMA0183格式相同的數據格式。
權利要求
1.一種結合衛星定位數據的車輛航位推算定位方法，該定位方法包括有以下步驟啟動車輛和對GPS信息的接收，對在設定的時間內接收到的GPS數據完整性進行判斷a.收到完整的GPS數據，以GPS數據流的周期作為航位推算的計算周期，並保留航位推算有關的有效信息時間、經度、緯度、水平誤差、高度誤差、衛星數量、航位、速度、DGPS；b.不能收到完整的GPS數據，同時啟動內部時鐘作為航位推算時鐘；連續檢測車輛變化的角度和速度，利用角度和速度的數值進行航位推算計算出車輛的相對方位變化，得到車輛的經度、緯度、航向的變化值；根據設定的有效的衛星數量和水平誤差值，結合車輛航位推算的經緯度變化值誤差，來判斷定位的GPS數據流的可靠性a.GPS定位數據可靠，將此值保留作為航位推算的基準點進行輸出；b.GPS定位數據不可靠，以航位推算計算出的車輛的經度、緯度、航向的值作為定位數據輸出。
2.根據權利要求1所述的結合衛星定位數據的車輛航位推算定位方法，其特徵在於所述的定位方法還包括利用電子地圖匹配的數據，來判斷GPS數據流的可靠性。
3.一種用於權利要求1所述的定位方法的定位模塊，其特徵在於該定位模塊還包括有陀螺儀、電源管理部件、MCU中央處理器、數據信號接口和與車輛裡程倒車信號匹配的接收電路，所述的MCU中央處理器與陀螺儀、與車輛裡程倒車信號匹配的接收電路、數據信號接口和電源管理部件相連，所述電源管理部件與陀螺儀相連。
4.根據權利要求3所述的定位模塊，其特徵在於所述數據信號接口設有標準的RS232接口和TTL電平接口。
全文摘要
本發明公開了一種結合衛星定位數據的車輛航位推算定位方法，該方法包括有對GPS信號的接收，同時連續檢測車輛變化的角度和速度，根據設定的有效的衛星數量和水平誤差值，結合車輛航位推算的經緯度變化值誤差，來判斷定位的GPS數據流的可靠性，從而確定車輛的準確位置；還提出一種依照此方法的定位模塊。本發明能實現車輛連續準確的定位，具有良好的自主性和可靠的精度，將在未來的衛星導航定位技術和車輛行駛記錄技術發展中佔有十分重要的地位。
文檔編號G01C21/26GK1828225SQ200510008800
公開日2006年9月6日 申請日期2005年3月2日 優先權日2005年3月2日
發明者王三喜, 林志堅 申請人:北京航天鼎一科技發展有限公司