CN103954985A - 基于陀螺仪、gps和三轴磁传感器的定位系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于陀螺仪、GPS和三轴磁传感器的定位系统，包括陀螺仪、GPS、三轴磁传感器、采集电路、微控制器、存储器，无线通信模块、显示终端以及电源模块；同时本发明也公开了该系统的定位方法。本发明通过同步采集GPS、陀螺仪和三轴磁传感器的输出数据，根据陀螺仪和三轴磁传感器输出数据计算出组合定位数据，当GPS输出GPS定位数据时，将GPS定位数据通过显示终端显示，当GPS没有输出GPS定位数据时，将组合定位数据通过显示终端显示，有效的解决了现有车载等移动终端GPS容易受干扰，信号易中断而无法精确定位的问题。

Description

基于陀螺仪、GPS和三轴磁传感器的定位系统及方法
技术领域
本发明涉及定位技术，具体涉及基于陀螺仪、GPS和三轴磁传感器的定位系统及方法。
背景技术
现在的车载等移动终端定位系统主要采用的是GPS，GPS通过接收卫星信号，提取原始测量并解调数据得到当前的位置信息，结合电子地图将位置显示在显示终端上，但是GPS很容易受干扰，比如在高架桥梁下、大型建筑物下、半开放空间和室内等，信号很容易中断而无法定位，产生很大应用困扰。
发明内容
本发明提供了基于陀螺仪、GPS和三轴磁传感器的定位系统及方法，解决了现有车载等移动终端GPS容易受干扰，信号容易中断，无法定位的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
基于陀螺仪、GPS和三轴磁传感器的定位系统，包括陀螺仪、GPS、三轴磁传感器、采集电路、微控制器、存储器，无线通信模块、显示终端以及电源模块；所述GPS、陀螺仪、三轴磁传感器连接采集电路的输入端，采集电路的输出端和存储器的输入端均与微控制器连接，所述显示终端通过无线通信模块与微控制器无线通信连接，所述电源模块为各个部件供电；所述采集电路同步采集GPS、陀螺仪和三轴磁传感器的输出数据，并将其发送给微控制器，微控制器根据陀螺仪和三轴磁传感器输出数据计算出组合定位数据，并将计算出的组合定位数据存储入存储器，微控制器检测接收的数据中是否包含GPS输出的GPS定位数据，如果有则通过无线通信模块将GPS定位数据显示在显示终端上；如果没有则通过无线通信模块将组合定位数据显示在显示终端上。
根据陀螺仪和三轴磁传感器输出数据计算出组合定位数据的过程为，先根据陀螺仪原始数据以及上次定位点位置数据计算出目前定位点相对于上一定位点的相对位移；然后根据三轴磁传感器输出数据据算出目前定位点的俯仰角和平面指向角，获得目前定位点绝对位置的相对位移误差补偿量；最后根据相对位移误差补偿量补偿目前定位点相对于上一定位点的相对位移，获得目前定位点的定位数据。
所述电源模块包括无线电源发射器和无线电源接收器，无线电源发射器将电力转化为无线电波，无线电源接收器接收无线电波，并将其转化为电力。
基于陀螺仪、GPS和三轴磁传感器的定位系统的定位方法，包括以下步骤，
步骤一，将陀螺仪、GPS和三轴磁传感器固定在移动物上，并进行系统初始化；
步骤二，同步采集GPS、陀螺仪和三轴磁传感器的输出数据；
步骤三，根据陀螺仪和三轴磁传感器输出数据计算出组合定位数据，并将组合定位数据存储入存储器；
步骤四，判断GPS的输出数据是否为GPS定位数据，如果是则转至步骤五，如果不是则转至步骤六；
步骤五，通过无线通信模块将GPS定位数据显示在显示终端上；
步骤六，通过无线通信模块将组合定位数据显示在显示终端上。
步骤三中，根据陀螺仪和三轴磁传感器输出数据计算出组合定位数据的过程为，先根据陀螺仪原始数据以及上次定位点位置数据计算出目前定位点相对于上一定位点的相对位移；然后根据三轴磁传感器输出数据据算出目前定位点的俯仰角和平面指向角，获得目前定位点绝对位置的相对位移误差补偿量；最后根据相对位移误差补偿量补偿目前定位点相对于上一定位点的相对位移，获得目前定位点的定位数据。
本发明的有益效果是：1、本发明通过同步采集GPS、陀螺仪和三轴磁传感器的输出数据，根据陀螺仪和三轴磁传感器输出数据计算出组合定位数据，当GPS输出GPS定位数据时，将GPS定位数据通过显示终端显示，当GPS没有输出GPS定位数据时，将组合定位数据通过显示终端显示，也就是说在有GPS信号时采用GPS信号定位，没有时采用组合定位，有效的解决了现有车载等移动终端GPS容易受干扰，信号容易中断，无法定位的问题；2、本发明采用无线传输，可以远距离观察定位状况，因此本发明可以应用到别的领域，比如采矿、危险救援等；3、本发明的电源模块可采用无线电力传输，进一步加强了远距离的作业。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的流程图。
图3为三轴磁传感器坐标方向图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，基于陀螺仪、GPS和三轴磁传感器的定位系统，包括陀螺仪、GPS、三轴磁传感器、采集电路、微控制器、存储器，无线通信模块、显示终端以及电源模块。
GPS、陀螺仪、三轴磁传感器连接采集电路的输入端，采集电路的输出端和存储器的输入端均与微控制器连接，显示终端通过无线通信模块与微控制器无线通信连接；采集电路同步采集GPS、陀螺仪和三轴磁传感器的输出数据，并将其发送给微控制器，微控制器根据陀螺仪和三轴磁传感器输出数据计算出组合定位数据，并将计算出的组合定位数据存储入存储器，微控制器检测接收的数据中是否包含GPS输出的GPS定位数据，如果有则通过无线通信模块将GPS定位数据显示在显示终端上；如果没有则通过无线通信模块将组合定位数据显示在显示终端上，电源模块为各个部件供电，电源模块包括无线电源发射器和无线电源接收器，无线电源发射器将电力转化为无线电波，无线电源接收器接收无线电波，并将其转化为电力。
基于权利要求1所述的基于陀螺仪、GPS和三轴磁传感器的定位系统的定位方法，包括以下步骤。
步骤一，将陀螺仪、GPS和三轴磁传感器固定在移动物上，并进行系统初始化。
步骤二，同步采集GPS、陀螺仪和三轴磁传感器的输出数据。
步骤三，根据陀螺仪和三轴磁传感器输出数据计算出组合定位数据，并将组合定位数据存储入存储器。
上述根据陀螺仪和三轴磁传感器输出数据计算出组合定位数据的过程为，先根据陀螺仪原始数据以及上衣定位点位置数据计算出目前定位点相对于上一定位点的相对位移；然后根据三轴磁传感器输出数据据算出目前定位点的俯仰角和平面指向角，获得目前定位点绝对位置的相对位移误差补偿量；最后根据相对位移误差补偿量补偿目前定位点相对于上一定位点的相对位移，获得目前定位点的定位数据。
三轴磁传感器的方向参考是地磁场，当移动物的指向发生改变时，它会相对于地磁场有一定的变化，如图3所示，三轴磁传感器分别指向相互垂直的角度（如图所示的X轴、Y轴、Z轴），实际地磁场的指向为图中标示的“实际地磁场北极方向”，当移动物指向任何方向时，地磁场产生的作用会分配在磁传感器的三轴上，关系如下
axisX 2 + axisY 2 + axisZ 2 = Cgnd
其中，axisX为地磁场向量在传感器X轴上的分量；axisY为地磁场向量在传感器Y轴上的分量；axisZ为地磁场向量在传感器Z轴上的分量；Cgnd为地磁场向量目前作用于运动控制器件的磁场强度。
axisX、axisY、axisZ是目前地磁场传感器三轴采集的磁场强度值，数据处理后，可以计算出俯仰角和平面指向角 α = arctan axisY axisX .
步骤四，判断GPS的输出数据是否为GPS定位数据，如果是则转至步骤五，如果不是则转至步骤六。
步骤五，通过无线通信模块将GPS定位数据显示在显示终端上。
步骤六，通过无线通信模块将组合定位数据显示在显示终端上。
上述的发明通过同步采集GPS、陀螺仪和三轴磁传感器的输出数据，根据陀螺仪和三轴磁传感器输出数据计算出组合定位数据，当GPS输出GPS定位数据时，将GPS定位数据通过显示终端显示，当GPS没有输出GPS定位数据时，将组合定位数据通过显示终端显示，也就是说在有GPS信号时采用GPS信号定位，没有GPS信号时则采用组合定位，有效的解决了现有车载等移动终端GPS容易受干扰和信号容易中断，无法定位的问题；本发明采用无线传输，可以应用到别的领域，比如采矿、危险救援等。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.基于陀螺仪、GPS和三轴磁传感器的定位系统，其特征在于：包括陀螺仪、GPS、三轴磁传感器、采集电路、微控制器、存储器，无线通信模块、显示终端以及电源模块；所述GPS、陀螺仪、三轴磁传感器连接采集电路的输入端，采集电路的输出端和存储器的输入端均与微控制器连接，所述显示终端通过无线通信模块与微控制器无线通信连接，所述电源模块为各个部件供电；
所述采集电路同步采集GPS、陀螺仪和三轴磁传感器的输出数据，并将其发送给微控制器，微控制器根据陀螺仪和三轴磁传感器输出数据计算出组合定位数据，并将计算出的组合定位数据存储入存储器，微控制器检测接收的数据中是否包含GPS输出的GPS定位数据，如果有则通过无线通信模块将GPS定位数据显示在显示终端上；如果没有则通过无线通信模块将组合定位数据显示在显示终端上。
2.根据权利要求1所述的基于陀螺仪、GPS和三轴磁传感器的定位系统，其特征在于：根据陀螺仪和三轴磁传感器输出数据计算出组合定位数据的过程为，先根据陀螺仪原始数据以及上衣定位点位置数据计算出目前定位点相对于上一定位点的相对位移；然后根据三轴磁传感器输出数据据算出目前定位点的俯仰角和平面指向角，获得目前定位点绝对位置的相对位移误差补偿量；最后根据相对位移误差补偿量补偿目前定位点相对于上一定位点的相对位移，获得目前定位点的定位数据。
3.根据权利要求1所述的基于陀螺仪、GPS和三轴磁传感器的定位系统，其特征在于：所述电源模块包括无线电源发射器和无线电源接收器，无线电源发射器将电力转化为无线电波，无线电源接收器接收无线电波，并将其转化为电力。
4.基于权利要求1所述的基于陀螺仪、GPS和三轴磁传感器的定位系统的定位方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一，将陀螺仪、GPS和三轴磁传感器固定在移动物上，并进行系统初始化；
步骤二，同步采集GPS、陀螺仪和三轴磁传感器的输出数据；
步骤三，根据陀螺仪和三轴磁传感器输出数据计算出组合定位数据，并将组合定位数据存储入存储器；
步骤四，判断GPS的输出数据是否为GPS定位数据，如果是则转至步骤五，如果不是则转至步骤六；
步骤五，通过无线通信模块将GPS定位数据显示在显示终端上；
步骤六，通过无线通信模块将组合定位数据显示在显示终端上。
5.根据权利要求4所述的基于陀螺仪、GPS和三轴磁传感器的定位系统的定位方法，其特征在于：步骤三中，根据陀螺仪和三轴磁传感器输出数据计算出组合定位数据的过程为，先根据陀螺仪原始数据以及上衣定位点位置数据计算出目前定位点相对于上一定位点的相对位移；然后根据三轴磁传感器输出数据据算出目前定位点的俯仰角和平面指向角，获得目前定位点绝对位置的相对位移误差补偿量；最后根据相对位移误差补偿量补偿目前定位点相对于上一定位点的相对位移，获得目前定位点的定位数据。
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