機載gps語音導航系統的製作方法
2023-10-23 00:39:42 1
專利名稱：機載gps語音導航系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機載導航裝置，尤其是一種應用全球衛星定位系統(Global Positioning System，簡稱GPS)利用語音進行導航的機載導航裝置。
背景技本GPS是由24顆衛星及他們的地面部分組成的全球性的無線導航系統。24顆衛星不間斷地發送自身的星曆參數和時間信息，用戶接收到這些信息後，通過跟蹤作為動態已知參考點的人造衛星求得星站距離採用交會法獲得點位坐標。
GPS定位系統由於其定位的高度靈活性和常規測量無法比擬的高精度，成為測量學科中革命性的變化。因為測量點位不象經典三角測量一樣有等級之分，不存在誤差的積累，測點可以在真正需要的地方進行，無需過渡點，點間不需要有造標，通視等問題的考慮。而且觀測點位又不與重力場發生關係，避免了複雜的歸算。這種布網方式可以把平面及高程同時求出，而不需要平高分開。
因此，GPS得到了廣泛的應用，主要有導航；緊急救生；個人通訊終端；授時校頻；高精度測量；GIS應用；工程機械，如輪胎吊、推土機等的控制；精細農業。
其中，導航主要是為船舶、汽車、飛機等運動物體進行定位導航，例如船舶遠洋導航和進港引水；飛機航路引導和進場降落；汽車自主導航；地面車輛跟蹤和城市智能交通管理。
目前飛機上的GPS導航系統大多包括GPS定位模塊，用於處理和轉換GPS定位模塊發送來的信息的處理器，用於顯示航線、航跡的顯示屏。其中，處理器多是處理速度較慢的單片機，而且其存儲空間有限，在一定的時間內就得刪除掉以前的信息，這樣將造成航跡數據不完整，在後續分析時無法再現整個航跡；另外，飛行員在飛行的時候，既要操作飛機，又要去看顯示屏，很不方便，尤其是當出現緊急情況的時候，更是增加了飛行員的工作負擔，增加了故障率。並且，現有的GPS導航系統的顯示屏幕較小，解析度較低，不適合於飛機駕駛員觀看、使用和操作。
現有的GPS導航設備除提供導航能力外，無法根據情況提供提示信息，或無法以屏幕顯示的方式提供提示信息，功能有限。
現有的GPS導航設備均採用自備電源的供電方式，無法從其他機載設備獲取電源，供電方式有限。
並且，操作繁瑣、複雜。
實用新型內容本實用新型要解決的問題是提出一種機載GPS語音導航系統，能夠提供多種功能，具有足夠的存儲空間，可以通過機載語音設備提供語音導航指示，並且能在大屏幕顯示屏上顯示自動生成的航線、航跡，且可以與PC進行航線、航跡、航路點等數據的上傳下載。
本實用新型所要解決的問題是通過如下技術方案實現的一種機載GPS語音導航系統，包括中央處理單元、顯示單元、輸入單元、GPS定位單元、語音單元，所述的中央處理單元分別與顯示單元、輸入單元、GPS定位單元、語音單元連接，GPS定位單元將其接收到的關於目前所處的坐標位置、海拔高度、速度、方位角等數據通過接口電路輸送到中央處理單元，中央處理單元對該數據進行處理，將處理後的數據通過接口輸出到顯示單元中，顯示出當前的位置、航向、速度、姿態；同時，根據當前的位置、航向、速度等數據與所選擇的航線數據進行匹配，並將匹配結果信息輸出到語音單元，經過語音單元轉換為相應的語音提示信息，通過接口輸出到機載語音設備，輸入單元向中央處理單元輸入數據及命令。
所述的中央處理單元包括中央處理器和其外圍電路，所述的中央處理器為386SX、486或PentinumIII；目前導航設備採用的中央處理器為486處理器。
所述的顯示單元為液晶顯示器及其接口電路，所述的液晶顯示器可以為黑白或灰度或彩色或真彩色的液晶顯示器。
所述的輸入單元為鍵盤或觸控螢幕或滑鼠或其組合。
所述的語音單元接收中央處理器傳送來的導航指示信息，並將該信息轉換為相應的語音提示，通過DA轉換電路轉換為語音，經過內部自動增益電路輸出到飛行員的耳機。該模塊分為兩部分，第一部分將接收的中央處理器傳送來的導航指示信息轉換為相應的語音數據，第二部分為一自動增益控制電路，分別接收第一部分傳送來的語音信號，並和機載導航設備的語音信號進行混頻，如果機載導航設備在有語音提示的情況下，則將自動將第一部分傳送的語音信號衰減，以提供機載導航設備語音信號的優先級。並將兩個信號混頻的結果通過耳機接口傳輸到飛行員的耳機。
所述的中央處理單元包括與PC進行通信的接口，所述的接口為RS-232串行通信接口或Ethernet方式接口。
機載GPS語音導航系統還包括電源單元，所述的電源單元可以為通過接口從其他機載設備獲得的電源，也可以是電池單元。
在本機載GPS語音導航系統中，包括了一個大容量的存儲器，該存儲器為FlashMemory或EPROM或E2PROM或其組合。
GPS定位單元通過其天線接收衛星發出的GPS信號，經過GPS模塊的處理後轉換成位置坐標、時間數據，輸出到中央處理單元中的中央處理器，中央處理器經過分析處理，將當前的飛機姿態數據、航線數據、坐標數據等信號輸送到顯示單元，通過大屏幕顯示器顯示飛機目前的航線、航跡；同時，將與航線的匹配數據信號送到語音單元，經過語音單元轉換成音頻信號，該音頻信號通過機載音頻輸出設備，如飛行員的耳機，輸出，達到語音提示的作用。另外，中央處理器還設有與PC進行通信的通信接口，以便上傳與下載航路點、航線、航跡等數據。
綜上所述，本實用新型可提供與機載通信設備的語音共享能力，提供語音導航指示，提示目前的飛行狀態，並且具有外部語音優先的能力；可實時顯示航線、航跡並能夠自動生成航線；可以通過大屏幕適時查看各種信息，適應機載設備的惡劣環境要求，並且可以存儲航跡數據，通過與PC通信完成數據的上傳下載。
圖1為本實用新型的結構組成示意圖；圖2為圖1中的語音單元的結構示意圖；圖3為本實用新型一實施例的結構組成示意圖；圖4為圖3所示實施例的電路原理圖；圖5為圖4中的電源模塊的電路圖；圖6為本實用新型中液晶顯示屏的工作電壓原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體的實施例對本實用新型進行詳細的說明。
參見圖1，為本實用新型的結構組成示意圖。本實用新型包括中央處理單元1、GPS定位單元2、輸入單元3、顯示單元4、語音單元5、通信接口6、存儲單元7和電源單元8，GPS定位單元2、輸入單元3、顯示單元4、語音單元5、通信接口6、存儲單元7分別和中央處理單元1連接，電源單元8為以上各單元供電。
GPS定位單元2通過其天線接收衛星發出的GPS信號，經過GPS模塊的處理後轉換成位置、坐標、海拔、時間數據，輸出到中央處理單元1中的中央處理器，中央處理器經過分析處理，將當前的飛機姿態數據、航線數據、坐標數據等信號輸送到顯示單元4，通過大屏幕顯示器顯示飛機目前的航線、航跡；同時，將與航線的匹配數據信號送到語音單元5，經過語音單元5轉換成音頻信號，該音頻信號通過機載音頻輸出設備，如飛行員的耳機，輸出，達到語音提示的作用。另外，中央處理器還設有與PC進行通信的通信接口6，以便上傳或下載航路點、航線、航跡等數據，輸入單元3用於向中央處理單元1輸入命令及數據，電源單元8為電池，或者是通過接口從外部機載設備獲得的電源。
圖1中的中央處理單元1包括中央處理器和外圍電路，所述的中央處理器可以是386SX，也可以是486或者是PentinumIII。
輸入單元3可以是最簡單的按鍵，也可以是滑鼠，也可以觸控螢幕。
顯示單元4為液晶顯示屏，可根據不同的配置選擇從3寸到17寸的黑白、灰度、彩色、真彩色等液晶顯示屏。
通信接口6為RS-232串行通信接口或Ethernet方式接口。
存儲單元7為FlashMemory或EPROM或E2PROM或其組合。
參見圖2，為圖1中的語音單元的結構示意圖，語音單元5包括數模轉換電路51和自動增益控制電路52，所述的數模轉換電路51的輸入端與中央處理單元1的輸出端連接，接收中央處理單元1傳送來的導航指示信息，並轉換為相應的語音數據，通過其輸出端輸出到自動增益控制電路52的第一輸入端，自動增益控制電路52的第二輸入端連接機載導航設備A的輸出端，接收機載導航設備A的語音信號，在自動增益控制電路52將這兩個信號進行混頻，並將混頻的結果通過輸出接口輸出到機載語音設備B。
參見圖3，為本實用新型一實施例的結構組成示意圖。本實施例包括biscuit SBC(biscuit single board computer，單板計算機)處理器10、GPS模塊20、按鍵30、液晶顯示器40、語音單元50、RS-232串行通信接口60、FLASH電子盤70和外置24V電源80。GPS模塊20、按鍵30、液晶顯示器40、語音單元50、RS-232串行通信接口60、FLASH電子盤70分別和處理器10連接，電源單元80為以上各單元供電。
在本實施例中，處理器採用嵌入式3.5英寸biscuit SBC(5×86-133CPU)；液晶顯示器採用5.7寸640×480分辯率的彩色液晶顯示器，內置8MRAM內存，內置16M EPROM存儲器，可用於存儲航路點、航線、航跡等數據。
在本實施例中，語音單元中的數模轉換電路採用的是普通的聲音晶片技術，與計算機的聲音卡相同，自動增益控制電路採用普通的聲音處理電路。
參見圖4，為圖3的電路原理圖，其中，電源模塊為各單元供電；處理器通過其數據線OD0-OD7、地址線ED0-ED7、控制線CP、FRAM、LOAD、DISP分別連接到液晶顯示屏的相應接口上，處理器可將其已處理的數據發送到液晶顯示屏上顯示，由於液晶顯示屏為5.7寸640×480分辯率的彩色液晶顯示器，顯示的內容清晰、色彩鮮明、易於觀看。
模塊CXA-L10A為液晶顯示屏所用的逆變器，主要向液晶背光電路提供高壓供電，保證液晶屏正常工作。
負電源模塊將+5V的電壓轉換成-1.9V的偏壓，用於向液晶屏提供一個維護顯示的偏壓。由於不同的液晶顯示屏的偏壓是不同的，範圍在-24V-+5V之間，因此，負電源模塊採用可以調節的輸出為-24V-+5V的偏壓電路。
參見圖5，為圖4中的電源模塊的電路圖，接口J1從外部引入24V電源，經過二極體D1與電源晶片U1的輸入端連接，電源晶片U1輸出+12V電壓；接口J2接6V的電池，其正極經過二極體D3與電源晶片U2的輸入端連接，電源晶片U2的輸入端同時還經過二極體D2與電源晶片U1的+12V電壓輸出端連接，電源晶片U2的輸出端輸出+5V的電壓，另外，由於，液晶顯示屏的工作電壓為3.3V，為了向液晶顯示屏提供3.3V的工作電壓，在處理模塊中設置了電壓提供電路，如圖6所示，其中，IC1用於向液晶顯示屏提供3.3V的工作電壓，IC2是一個電子電位器，通過按鍵s1，s2實現液晶顯示屏的顯示亮度的調節。
結合圖4、5、6的電路圖，GPS模塊通過RS-232串行通信接口與中央處理器連接，將GPS模塊接到並轉換成位置坐標、時間數據輸入到處理器內；鍵盤模塊通過數據線與處理器連接，用於向處理器輸入命令及參數等數據；同時，處理器還提供了2個RS232接口，用於與計算機通信，處理器通過PC104-BUS總線與語音模塊連接，語音模塊通過其音頻輸入/輸出接口與機載語音設備連接。
GPS模塊通過天線接收衛星發出的GPS信號，經過GPS模塊的處理後轉換成位置、坐標、海拔、時間數據，輸出到處理器中，處理器經過分析處理，將當前的飛機姿態數據、航線數據、坐標數據等信號輸送到顯示屏，通過大屏幕顯示器顯示飛機目前的航線、航跡；同時，將與航線的匹配數據信號送到語音模塊，語音模塊接收處理器傳送來的導航指示信息，並將該信息轉換為相應的語音提示，通過DA轉換電路轉換為語音，經過內部自動增益電路輸出到飛行員的耳機。該模塊分為兩部分，第一部分將接收的中央處理器傳送來的導航指示信息轉換為相應的語音數據，第二部分為一自動增益控制電路，分別接收第一部分傳送來的語音信號，並和機載導航設備的語音信號進行混頻，如果機載導航設備在有語音提示的情況下，則自動將第一部分傳送的語音信號衰減，以提供機載導航設備語音信號的優先級。並將兩個信號混頻的結果通過耳機接口傳輸到飛行員的耳機。另外，處理器還通過串行通信接口，以便上傳或下載航路點、航線、航跡等數據，鍵盤模塊用於向處理器輸入命令及數據。
最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型而非限制，儘管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型的精神和範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
權利要求1.一種機載GPS語音導航系統，包括中央處理單元、顯示單元、輸入單元、GPS定位單元，其特徵在於還包括語音單元，所述的中央處理單元分別與顯示單元、輸入單元、GPS定位單元、語音單元連接，GPS定位單元將其接收到的關於目前所處的坐標位置、速度、方位角等數據通過接口電路輸送到中央處理單元，中央處理單元對該數據進行處理，將處理後的數據通過接口輸出到顯示單元中，顯示出當前的位置、航向、速度、姿態；同時，根據當前的位置、航向、速度等數據與所選擇的航線數據進行匹配，並將匹配結果信息輸出到語音單元，經過語音單元轉換為相應的語音提示信息，通過接口輸出到機載語音設備，輸入單元向中央處理單元輸入數據及命令。
2.根據權利要求1所述的機載GPS語音導航系統，其特徵在於所述的中央處理單元包括中央處理器和其外圍電路，所述的中央處理器為386SX、486或PentinumIII。
3.根據權利要求1所述的機載GPS語音導航系統，其特徵在於所述的顯示單元為液晶顯示器及其接口電路，所述的液晶顯示器為黑白或灰度或彩色或真彩色的液晶顯示器。
4.根據權利要求1所述的機載GPS語音導航系統，其特徵在於所述的輸入單元為鍵盤或觸控螢幕或滑鼠或其組合。
5.根據權利要求1所述的機載GPS語音導航系統，其特徵在於所述的語音單元包括數模轉換電路和自動增益控制電路，所述的數模轉換電路的輸入端與中央處理單元的輸出端連接，接收中央處理單元傳送來的導航指示信息，並轉換為相應的語音數據，通過其輸出端輸出到自動增益控制電路的第一輸入端，自動增益控制電路的第二輸入端連接機載導航設備的輸出端，接收機載導航設備的語音信號，在自動增益控制電路將這兩個信號進行混頻，並將混頻的結果通過輸出接口輸出到機載語音設備。
6.根據權利要求1所述的機載GPS語音導航系統，其特徵在於還包括存儲單元，所述的存儲單元通過數據線、地址線、控制線與中央處理單元連接，所述的存儲單元為FlashMemory或EPROM或E2PROM或其組合。
7.根據權利要求1或2所述的機載GPS語音導航系統，其特徵在於所述的中央處理單元包括與PC進行通信的接口，所述的接口為RS-232串行通信接口或Ethernet方式接口。
8.根據權利要求1-6任一所述的機載GPS語音導航系統，其特徵在於該系統還包括電源單元，所述的電源單元為電池或通過接口從機載設備獲得的電源。
專利摘要一種機載GPS語音導航系統，包括中央處理單元、顯示單元、輸入單元、GPS定位單元、語音單元，所述的中央處理單元分別與顯示單元、輸入單元、GPS定位單元、語音單元連接，GPS定位單元將其接收到的坐標位置、速度、方位角等數據傳輸到中央處理單元，中央處理單元對接收到的數據進行處理，將處理後的數據輸出到顯示單元中顯示，同時，根據當前的位置、航向、速度等數據與所選擇的航線數據進行匹配，並將匹配結果信息輸出到語音單元，經過語音單元轉換為相應的語音提示信息，輸出到機載語音設備。本實用新型可以通過機載語音設備提供語音導航指示，並且能在大屏幕顯示屏上顯示自動生成的航線、航跡，且可以與PC進行航線、航跡、航路點等數據的上傳下載。
文檔編號B60Q9/00GK2686930SQ20042000318
公開日2005年3月23日 申請日期2004年2月17日 優先權日2004年2月17日
發明者武紅敢, 孫斯發, 劉紹寧, 斯林 申請人:中國林業科學研究院資源信息研究所