微慣性導航系統及方法
2023-10-05 07:10:49
專利名稱：微慣性導航系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種導航系統與方法，尤其涉及一種以GP S信號搭配整合 慣性元件所提供的信息，用以進行立體道路導航的微慣性導航系統與方法。
背景技術：
得益於科技進步，使得衛星定位裝置已不再是高檔的電子產品，且由於 生活水準提高，人們逐漸重視休閒下，許多駕駛人會在汽車中加裝衛星定位 裝置，用以在廣大的活動空間及複雜的交通網路中，定位出車輛所在，因此 使得近年來衛星定位裝置的銷售數量大幅增加。
而目前車輛的導航是以衛星定位來完成的，也即利用衛星定位裝置上安 裝一導航軟體，通過該導航軟體將導航信息顯示在顯示器上，以提供駕駛人 道路導航的信息。請參閱圖1所示，以往導航系統包含有一輸入裝置1 a、 一G P S接收裝置2 a、 一平面電子地圖資料庫3 a、 一路徑選擇裝置4 a、 一 導航軟體裝置5 a、 一通信裝置6 a與一顯示裝置7 a。
該輸入裝置1 a用來提供功能的選擇，而該G P S接收裝置2 a用來接收 衛星信號而定位汽車目前所在的位置，並將此一相關信息提供給該導航軟體 裝置5 a以及該路徑選擇裝置4 a，而該平面電子地圖資料庫3 a存有平面電 子地圖以及相關的坐標、屬性等信息。
路徑選擇裝置4 a可以依據輸入裝置1 a的指令要求，自該平面電子地圖 資料庫3a中所存儲的龐大信息中提取使用者所需要的部份。接著再由該路 徑選擇裝置4a依據使用者的指示，決定一起點與一終點，並尋找一條花費 最少時間與距離，而能由起點到終點的導引路徑。
該通信裝置6a則是能夠與一行控中心進行無線信息交換，因此能夠提 供駕駛人即時路況以及相關情報。故當導航軟體裝置5a接收到上述導引路 徑、目前所在位置及平面電子地圖等相關信息後，就能夠產生一結果影像8 a並傳送至該顯示裝置7a上加以顯示(如圖2所示)，通過此引導駕駛人。然而，公知導航定位裝置具有以下缺點
僅提供二維平面道路導航，無法進一步提供準確的道路環境(高架橋或 地下道)，導致駕駛人誤判行進路線。
一旦接收不到GPS信號時，整個導航定位裝置將失靈，喪失導航的功能。
公知導航定位裝置內需額外加裝信息處理軟體用以將G P S信號轉換 成適合導航軟體所用的通信協議格式。
發明內容
於是，本發明人為改善上述缺點，提出一種合理且有效改善上述缺點的 本發明。
本發明的主要目的，在於提供一種微慣性導航系統及方法，通過慣性測
量元件提供車輛三維狀態信息，並搭配GPS信號，提供駕駛人更精確的立 體道路導航，且一旦無任何GPS信號時，也能提供無中斷信號進行持續的 定位與追蹤。
為了達成上述的目的，本發明提供一種微慣性導航系統，其特徵在於包 括有 一微慣性處理子系統，該微慣性處理子系統具有一GPS信號接收模 塊、 一微控制處理單元(MCU)與一慣性感測單元，其中該GPS信號接 收模塊與該慣性感測單元電性連接該微控制處理單元； 一導航處理子系統， 該導航處理子系統具有一導航軟體模塊與一電子地圖資料庫，其中該導航軟 件模塊內設置有一處理器，該處理器電性連接該導航軟體模塊、該電子地圖 資料庫與該微控制處理單元。
本發明提供一種微慣性導航方法，其特徵在於包括以下步驟由一GP S信號接收模塊接收一G P S信號，該G P S信號通過該G P S信號接收模 塊傳送至一微控制處理單元(MCU)中處理；由一慣性感測單元測量車輛 運動狀態以提供一車輛三維狀態信息，並且該慣性感測單元輸出該車輛三維 狀態信息至該微控制處理單元中處理；而後，該微控制處理單元整合處理該 GP S信號與該車輛三維狀態信息，提供一符合導航軟體通信協議格式的三 維導航信息，並且將該三維導航信息以有線信息傳輸方式或無線信息傳輸方 式傳送至一處理器中運算處理；隨後，由一電子地圖資料庫提供一立體道路地圖信息至該處理器中處理；最後該處理器整合處理該三維導航信息與該立
體道路地圖信息，以提供一立體道路導航信息給駕駛人。
本發明提供另一種微慣性導航方法，其特徵在於包括以下步驟當一G
P S信號接收模塊接收不到任何G P S信號時，該G P S信號接收模塊傳送 最後一次接收的GPS信號至一微控制處理單元(MCU)中處理；由一慣 性感測單元持續測量車輛運動狀態以提供一車輛三維狀態信息，並且該慣性 感測單元輸出該車輛三維狀態信息至該微控制處理單元中處理；隨後，該微 控制處理單元以該最後一次接收的G P S信號為基準，並加上該車輛三維狀
態信息，經過整合模擬出一符合導航軟體通信協議格式的三維導航信息，並 且以有線信息傳輸方式或無線信息傳輸方式將該三維導航信息傳送至一處 理器中處理；然後，由一電子地圖資料庫提供一立體道路地圖信息至該處理 器中處理；最後該處理器整合處理該三維導航信息與該立體道路地圖信息， 以提供一立體道路導航信息給駕駛人。 本發明具有以下有益效果
以該慣性感測單元提供高度信號，並搭配GPS信號，經整合處理後， 可讓駕駛人享受到精準的立體道路導航。
本發明的方法也適用於在接收不到G P S信號狀況下，即本發明的方法 能以最後一次接收的GP S信號為基準，並加上該慣性感測單元所輸出的信 息，經整合模擬後，得到在無GPS信號下的立體道路導航信息。
無需額外增加處理軟體用以將G P S信號與該慣性感測單元所提供的
信息轉換成合乎導航軟體通信協議的格式，故節省製作成本。
本發明的方法將GP S信號與該慣性感測單元所提供的信息整合後，經
該微控制處理單元以合乎導航軟體通信協議的格式直接傳輸至該導航軟 件模塊中的處理器處理使用。
為能更進一步了解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的 詳細說明與附圖，然而所附附圖僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加 以限制。
圖1為公知導航系統的架構示意圖。
6圖2為公知導航系統顯示的平面地圖。
圖3為本發明的微慣性導航系統的架構示意圖。
圖4為本發明的微慣性導航方法的步驟流程圖。
圖5為本發明的微慣性導航方法的另一步驟流程圖。
圖6為本發明的立體道路導航影像示意圖。
其中，附圖標記說明如下
(公知)
la輸入裝置
2a GPS接收裝置
3 a平面電子地圖資料庫
4 a路徑選擇裝置
5 a導航軟體裝置
6 a通信裝置 7a顯示裝置 8a結果影像 (本發明)
1 微慣性處理子系統
1 1微控制處理單元
12 慣性感測單元
13 GPS信號接收模塊
2 導航處理子系統 21 導航軟體模塊
211 處理器
2 2 電子地圖資料庫
3 導航影像
具體實施例方式
請參閱圖3所示，本發明提出一慣性導航系統，該慣性導航系統用於提
供駕駛人行車信息，其包括有 一微慣性處理子系統1與一導航處理子系統
2 ，且該微慣性處理子系統1與該導航處理子系統2彼此電性連接，由此達
7到信息的傳送接收。另外，該微慣性處理子系統1與該導航處理子系統2也 可彼此以無線電性連接的方式傳送接收信息。
該微慣性處理子系統1具有一微控制處理單元(MCU) 11、 一慣性 感測單元1 2與一G P S信號接收模塊1 3 ，且該慣性感測單元1 2與該G P S信號接收模塊1 3電性連接該微慣性處理模塊1 1 ，從而使該微控制處 理單元ll處理該慣性感測單元l2與該GPS信號接收模塊l3所提供 的信息。另外，該慣性感測單元l 2為一加速度計或一陀螺儀，或是該加速 度計與該陀螺儀兩裝置的搭配。
該導航處理子系統2與該微慣性處理子系統1電性連接，其中該導航處 理子系統2具有一導航軟體模塊2 l與一電子地圖資料庫2 2，該電子地圖 資料庫2 2為立體道路地圖資料庫，且該電子地圖資料庫2 2與該導航軟體 模塊21電性連接。
該導航軟體模塊2 1進一步設置有一處理器2 11，該處理器2 1 1電 性連接於該電子地圖資料庫2 2與該微控制處理單元1 l之間，由此用以整 合處理來自該電子地圖資料庫2 2與該微控制處理單元1 l的信息。
另外，該導航處理子系統2與該微慣性處理子系統1也可以無線電性連 接方式連結，也即於該微慣性處理子系統1及該導航處理子系統2各設有發 射單元及接收單元(圖上未示)。
請配合參閱圖4所示，本發明提出一種微慣性導航方法，其包括以下步 驟(請同時參閱圖3):
由一GPS信號接收模塊1 3接收一GPS信號，而該GPS信號接收 模塊l 3再將該GPS信號傳送至一微控制處理單元(MCU) 1 l處理。
由一慣性感測單元l 2提供一車輛三維狀態信息，而該慣性感測單元l 2再將該車輛三維狀態信息傳送至該微控制處理單元1 1處理。
該微控制處理單元1 1接收該G P S信號與該車輛三維狀態信息後，其 進行整合處理得到一三維導航信息，而該微控制處理單元l l再將該三維導 航信息傳送至一處理器21l中處理。
由一電子地圖資料庫2 2提供一立體道路地圖信息至該處理器2 1 1 中處理。
該處理器2 1 l接收該三維導航信息與該立體道路地圖信息後，其進行整合處理得到一立體道路導航信息。
為了幫助熟悉此技術領域的技術人員明白並實施本發明，在此 詳細介紹說明本發明的方法細節。
首先，該GPS信號接收模塊1 3接收來自衛星發出的GP S信 號，待其接收處理完畢後，該G P S信號接收模塊1 3將該G P S信號傳 送至該微控制處理單元ll中處理。
當該G P S信號傳送至該微控制處理單元1 1的同時，該慣性感測單元 1 2測量車輛運動狀態，並提供該車輛三維狀態信息至該微控制處理單元1 1,其中因為該慣性感測單元l 2為一加速度計與一陀螺儀，故該車輛三維 狀態信息是由該加速度計所測量的車輛加速度測量值，與該陀螺儀所測量到 的車輛轉動角度測量值經整合處理而得的。
接著，該微控制處理單元l 1依據該GP S信號與該車輛三維狀態信 息，整合處理得到符合導航軟體通信協議格式的三維導航信息；進一步，該 微控制處理單元11將該三維導航信息以有線信息傳輸方式或無線信息傳 輸方式傳送至該處理器2 1 l中處理；隨後，由該電子地圖資料庫2 2提供 該立體道路地圖信息至該處理器21l中處理。
接收該三維導航信息與該立體道路地圖信息的處理器21l便對該三 維導航信息與該立體道路地圖信息進行整合處理，而得到一立體道路導航信 息，其中該立體道路導航信息提供給駕駛人立體、平面或地下道路的判別， 使得駕駛人能獲得更精準的立體道路導航，而不只是公知平面二維的道路導 航。
請配合參閱圖5所示，本發明提出另一種微慣性導航方法，其包括以下
步驟(請同時參閱圖3):
當無任何G P S信號時，一G P S信號接收模塊1 3提供最後一次接收 到的GPS信號至一微控制處理單元(MCU) 1 l處理。
由一慣性感測單元l 2提供一車輛三維狀態信息，並將該車輛三維狀態 信息傳送至該微控制處理單元11處理。
該微控制處理單元1 1於接收該G P S信號與該車輛三維狀態信息後， 其以該GP S信號為基準，加上該車輛三維狀態信息整合模擬得到一三維導 航信息，而該微控制處理單元l 1再將該三維導航信息傳送至一處理器2 11中處理。
由一電子地圖資料庫2 2提供一立體道路地圖信息至該處理器2 1 1 中處理。
該處理器2 1 l接收該三維導航信息與該立體道路地圖信息後，其進行 整合處理得到一立體道路導航信息。
為了幫助熟悉此技術領域的技術人員明白並實施本發明，在此 詳細介紹說明本發明的方法細節。
首先，當車輛因地形的影響，使得該GP S信號接收模塊l 3接 收不到任何GP S信號時，該GP S信號接收模塊l 3於是傳送最後 一次接收到的GPS信號至該微控制處理單元1l中處理。
當接收不到GPS信號的同時，該慣性感測單元l 2仍然持續測量車輛 運動狀態，並且提供該車輛三維狀態信息至該微控制處理單元1 1，其中因 該慣性感測單元l 2為一加速度計與一陀螺儀，故該車輛三維狀態信息是由 該加速度計所測量的車輛加速度測量值，與該陀螺儀所測量到的車輛轉動角 度測量值經整合處理而得的。
當該微控制處理單元1 1接收該G P S信號與該車輛三維狀態信息後， 該微控制處理單元l 1以該GPS信號為基準，依據基準並配合加上該車輛 三維狀態信息以整合模擬出符合導航軟體通信協議格式的三維導航信息，接 著以有線信息傳輸方式或無線信息傳輸方式將該三維導航信息傳至該處理 器2 1 l中處理；而在該三維導航信息傳至該處理器2 1 l時，由該電子地 圖資料庫2 2提供該立體道路地圖信息至該處理器2 1 l中處理。
當該處理器2 1 l接收該三維導航信息與該立體道路地圖信息後，其開 始對該三維導航信息與該立體道路地圖信息進行整合處理，得到一立體道路 導航信息，以此該立體道路導航信息告知駕駛人目前車輛位置狀態，而其中 該立體道路導航信息提供給駕駛人立體、平面或地下道路的判別，使得駕駛 人在無任何GPS信號下，也能獲得精準的立體道路導航。
請參閱圖6所示，本發明所提供的立體道路導航信息於一顯示裝置(圖 未示)上提供一導航影像3給駕駛人，使駕駛人獲得正確的導航路徑，即使 進入複雜的立體道路系統，也不會產生錯誤的判斷；再者，即使無任何GP S信號，本發明依然會提供精準的導航，極具實用性。因此，本發明的系統及方法具有如下述的特點及功能 駕駛人可享受到精準的立體道路導航，不再誤判行進路線。 無任何GP S信號時，能提供無中斷信號進行持續的定位與追蹤。
於接收不到G P S信號時，本發明的方法能以最後一次接收的G P S信
號為基準，並加上該慣性感測單元所輸出的信息，經整合模擬後，得到在無
G P S信號下的立體道路導航信息。
直接轉換成合乎導航軟體通信協議的格式，因此無須加裝處理軟體轉 換，故節省製作成本。
本發明的方法是將G P S信號與該慣性感測單元所提供的信息整合後，
經該微控制處理單元以合乎導航軟體通信協議的格式直接傳輸至該導航軟 件模塊的處理器處理使用。
雖然以上所述僅為本發明的優選實施例，並非用以限制本發明的保護範 圍，所以凡運用本發明說明書及附圖內容所作的等效變化，均同理都包含於 本發明的權利保護範圍內。
ii
權利要求
1.一種微慣性導航系統，其特徵在於包括有一微慣性處理子系統，該微慣性處理子系統具有一GPS信號接收模塊、一微控制處理單元與一慣性感測單元，其中該GPS信號接收模塊與該慣性感測單元電性連接該微控制處理單元；一導航處理子系統，該導航處理子系統具有一導航軟體模塊與一電子地圖資料庫，其中該導航軟體模塊內設置有一處理器，該處理器電性連接該導航軟體模塊、該電子地圖資料庫與該微控制處理單元。
2. 如權利要求1所述的微慣性導航系統，其特徵在於該微控制處理單 元與該處理器的連接方式為有線電性連接或無線電性連接，該慣性感 測單元為一加速度計或一陀螺儀，或為該加速度計與該陀螺儀兩裝置 的搭配。
3. 如權利要求1或2所述的微慣性導航系統，其特徵在於該電子地圖 資料庫為立體道路地圖資料庫。
4. 一種微慣性導航方法，其特徵在於，該步驟包括由一GP S信號接收模塊接收一GP S信號，該GP S信號通過該GP S信號接收模塊傳送至一微控制處理單元中處理；由一慣性感測單元測量車輛運動狀態以提供一車輛三維狀態信 息，並且該慣性感測單元輸出該車輛三維狀態信息至該微控制處理單 元中處理；而後，該微控制處理單元整合處理該G P S信號與該車輛三維狀 態信息，提供一符合導航軟體通信協議格式的三維導航信息，並且將 該三維導航信息以有線信息傳輸方式或無線信息傳輸方式傳送至一 處理器中運算處理；隨後，由一電子地圖資料庫提供一立體道路地圖信息至該處理器 中處理；最後該處理器整合處理該三維導航信息與該立體道路地圖信息，以提 供一立體道路導航信息給駕駛人。
5. 如權利要求4所述的微慣性導航方法，其特徵在於該慣性感測單元為一加速度計或一陀螺儀，或為該加速度計與該陀螺儀兩裝置的搭 配。
6. 如權利要求5所述的微慣性導航方法，其特徵在於測量車輛運動狀 態是利用該加速度計與該陀螺儀去測量，而該車輛三維狀態信息是由 該加速度計所測量的車輛加速度測量值，與該陀螺儀所測量到的車輛 轉動角度測量值經整合處理而得的。
7. 如權利要求4 、 5或6所述的微慣性導航方法，其特徵在於該立體道 路導航信息提供立體、平面或地下道路的判斷。
8. —種微慣性導航方法，其特徵在於步驟包括當一G P S信號接收模塊接收不到任何G P S信號時，該G P S信號接收模塊傳送最後一次接收的G P S信號至一微控制處理單元中處理；由一慣性感測單元持續測量車輛運動狀態以提供一車輛三維狀態信息，並且該慣性感測單元輸出該車輛三維狀態信息至該微控制處 理單元中處理；隨後，該微控制處理單元以該最後一次接收的G P S信號為基 準，並加上該車輛三維狀態信息，經過整合模擬出一符合導航軟體通 信協議格式的三維導航信息，並且以有線信息傳輸方式或無線信息傳 輸方式將該三維導航信息傳送至一處理器中處理；然後，由一電子地圖資料庫提供一立體道路地圖信息至該處理器 中處理；最後該處理器整合處理該三維導航信息與該立體道路地圖信息，以提 供一立體道路導航信息給駕駛人。
9. 如權利要求8所述的微慣性導航方法，其特徵在於該慣性感測單元 為一加速度計或一陀螺儀，或為該加速度計與該陀螺儀兩裝置的搭 配。
10. 如權利要求9所述的微慣性導航方法，其特徵在於測量車輛運動狀 態是利用該加速度計與該陀螺儀去測量，而該車輛三維狀態信息是由該加速 度計所測量的車輛加速度測量值，與該陀螺儀所測量到的車輛轉動角度測量 值經整合處理而得的。
全文摘要
本發明提供一種微慣性導航系統及方法，其中該微慣性導航系統包括有一GPS信號接收模塊、一微控制處理單元(MCU)、一慣性感測單元、一導航軟體模塊與一電子地圖資料庫。運作時，該GPS信號接收模塊傳送GPS信號至該微控制處理單元中處理，且由該慣性感測單元產生一車輛三維狀態信息，而該GPS信號與該車輛三維狀態信息經該微控制處理單元整合處理後以有線信息傳輸方式或無線信息傳輸方式傳至該導航軟體模塊中，並由該電子地圖資料庫提供一立體道路地圖信息至該導航軟體模塊中處理；最後，該導航軟體模塊整合處理得出一立體道路導航信息。本發明還提出一種在無GPS信號下的微慣性導航方法。
文檔編號G01C21/34GK101576386SQ20081009569
公開日2009年11月11日 申請日期2008年5月7日 優先權日2008年5月7日
發明者李春煌 申請人:環隆電氣股份有限公司