CN104391314A - 一种WindowsCE系统下实现北斗/GPS组合导航的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种WindowsCE系统下实现北斗/GPS组合导航的方法，基于一个通用的嵌入式北斗卫星导航定位系统平台，包括处理器模块、输入输出模块、导航定位通信模块和显示模块，其中处理器模块为该系统的硬件核心模块，导航定位通信模块是由GPS导航模块和COMPASS模块组成的组合导航模块，安装到移动终端上，移动终端发出定位请求信息后，由GPS导航模块和COMPASS模块分别进行定位数据信息的分析、解算与综合，并输出各自子系统解算后的导航参数；最终由组合导航滤波器输出导航参数的最优估计值。采用本发明的技术，可以进一步提高移动终端领域卫星导航系统的导航定位精度、可靠性及冗余度，使导航定位效果优于普通的单一导航系统工作效果。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种Windows CE系统下实现北斗/GPS组合导航的方法, 主要应用于车载导航或移动终端导航领域，采用北斗二代与美国的GPS组合导航方式，通过组合的方式使两种导航方法结合先进的滤波算法实现高精度、高可靠性的导航定位。
技术背景
目前，在国产导航产品领域里，北斗导航产品应用近年来刚刚起步。我国的北斗卫星导航系统建设现在已经进行到了第二阶段，其服务已经实现了覆盖中国大部分地区和亚太区域。北斗第三阶段的建设将在2020年完成，就现在北斗二代的实际情况来看，因为发射卫星较少（共16颗），至北斗卫星导航系统建设完成达到35颗卫星，届时北斗将实现全球覆盖，所有卫星分布在近地轨道、倾斜中轨道和高轨道（地球同步卫星轨道）不同的三个轨道上，实现卫星在空间中几何分布最优化。美国的全球卫星定位系统GPS是目前应用最广泛的卫星导航系统，其系统组成是由27颗卫星均匀分布在11900公里的三个等高的轨道面上，实现了全球覆盖，能够为全世界所有地区用户提供导航服务。无论是GPS系统还是北斗卫星导航系统，都属于无线电导航，无线电导航在森林、高山及高层建筑物密集的大城市里，无线电信号容易受到遮挡、干扰等引起误差的因素。应用目前来说，采用单模北斗卫星导航其定位精度有限，为了进一步提高移动终端领域卫星导航系统的导航定位精度、可靠性及冗余度。两种系统的通信频段等不同，可以避免相互干扰，即使太空中某颗卫星出现故障或者失效或某一种导航系统突然停止服务等情况发生，应用本方案通过组合导航滤波器输出的最优估计值（即导航参数）也不会受到太大影响，使导航定位效果优于普通的单一导航系统工作效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提出了北斗二代与GPS组合导航的方法，使两种导航系统能够优势互补并通过先进的组合导航滤波算法进行组合，来提高系统的导航定位及测速精度。
本发明所采用的技术方案为：
一种Windows CE系统下实现北斗/GPS组合导航的方法，所述方法基于一个通用的嵌入式北斗卫星导航定位系统平台，所述平台系统包括处理器模块、输入输出模块、导航定位通信模块和显示模块，其中处理器模块为该系统的硬件核心模块，导航定位通信模块是由GPS导航模块和COMPASS模块组成的组合导航模块，将组合导航模块安装到移动终端上，移动终端发出定位请求信息后，由GPS导航模块和COMPASS模块分别进行定位数据信息的分析、解算与综合，并输出各自子系统解算后的导航参数；由两个独立子模块输出的初级解算信息通过组合导航滤波器进行导航数据信息融合，然后通过负反馈方式把融合后的导航参数输出到对应的COMPASS模块和GPS模块中，进行下一周期的解算，实现把最优的导航数据信息与初始数据的校正；最终由组合导航滤波器输出导航参数的最优估计值。
所述系统平台的硬件是基于Freescale的ARMCortex-A8处理器，所述处理器模块采用Freescale生产的i.MX536的处理器，它是一款基于ARM Cortex-A8架构的处理器；存储部分包括MMC Flash、SD卡、内存等；输入输出模块包括触摸屏、北斗通信模块、矩阵键盘；导航定位通信模块还包括USB、LAN和串口RS-232。
所述COMPASS模块（北斗模块）采用的北斗星通公司生产的BDM905定位模块，该模块包括RDSS通信定位模块和发射接收天线。该模块采用一体化设计，功耗低，集成度和抗干扰性强。其电源是通过电源转换芯片LTC3708来进行输入电源电压转换控制的。
所述方法所采用的操作系统采用微软的Windows Embedded Compact7 嵌入式操作系统(即Win CE7)，该系统是一款组件化、可裁剪的实时性操作系统，支持最新的 ARM v7体系结构并通过Open GL ES 2.0 提高图形性能，对多核体系结构和SMP支持带来更高的性能；该系统支持多任务、多线程；具有强大的通信能力。
所述方法采用的技术方案如下：
首先，通过WinCE7的开发平台来对整个硬件平台设计定制适合此平台的Win CE7操作系统，该系统是通过Platform Builder2008 来进行开发设计；
其次，对Win CE7系统进行北斗卫星定位应用软件进行设计；该软件的开发是基于微软的嵌入式开发工具Visual Studio2008,该工具集成了Platform Builder2008；导航软件开发还需要Freescale iMX53平台的BSP的支持，根据处理后的BSP设计支持北斗定位功能的SDK软件；
最后，设计北斗卫星定位应用软件。
所述COMPASS模块与硬件平台的CPU处理器是通过串口RS232来进行通信，具体过程如下：
(1) 对串口进行设备的初始化，选择相应的串口和波特率设置；
(2) 通过对底层驱动程序的修改，操作对应的GPIO信号，设置北斗模块的电源电压输入控制；
(3) 进行北斗SIM卡服务进行检测，检测完成后，返回检测结果即北斗的服务类型，并通过该软件显示；
(4) 发送定位请求，请求信号通过北斗模块处理后，转换为导航电文由导航卫星反馈到地面主控制站，进行相关结算后，再由卫星把相应请求后的导航电文通过无线电波传送到手持式计算机终端的北斗模块；
(5) 通过返回的导航电文，分别对北斗和GPS终端组合导航滤波器输出的经度、纬度和高度进行运算；
(6) 实时输出手持式计算机终端的精确位置(经度、纬度和高度值)。
本发明的有益效果为：采用本发明的技术，可以进一步提高移动终端领域卫星导航系统的导航定位精度、可靠性及冗余度，由于两种系统的通信频段等不同，可以避免相互干扰，即使太空中某颗卫星出现故障或者失效或某一种导航系统突然停止服务等情况发生，应用本方案通过组合导航滤波器输出的最优估计值（即导航参数）也不会受到太大影响，使导航定位效果优于普通的单一导航系统工作效果。
附图说明
图1为本发明组合导航系统间接法滤波示意图；
图2为本发明基于嵌入式WinCE系统北斗导航定硬件设计方框图；
图3为本发明北斗导航定位软件流程图。
具体实施方式
下面参照附图所示，通过具体实施方式对本发明进一步说明：
如图1所示，一种Windows CE系统下实现北斗/GPS组合导航的方法，所述方法基于一个通用的嵌入式北斗卫星导航定位系统平台，所述平台系统包括处理器模块、输入输出模块、导航定位通信模块和显示模块，其中处理器模块为该系统的硬件核心模块，导航定位通信模块是由GPS导航模块和COMPASS模块组成的组合导航模块，将组合导航模块安装到移动终端上，移动终端发出定位请求信息后，由GPS导航模块和COMPASS模块分别进行定位数据信息的分析、解算与综合，并输出各自子系统解算后的导航参数；由两个独立子模块输出的初级解算信息通过组合导航滤波器进行导航数据信息融合，然后通过负反馈方式把融合后的导航参数输出到对应的COMPASS模块和GPS模块中，进行下一周期的解算，实现把最优的导航数据信息与初始数据的校正；最终由组合导航滤波器输出导航参数的最优估计值。
如图2所示，所述系统平台的硬件是基于Freescale的ARMCortex-A8处理器，所述处理器模块采用Freescale生产的i.MX536的处理器，它是一款基于ARM Cortex-A8架构的处理器；存储部分包括MMC Flash、SD卡、内存等；输入输出模块包括触摸屏、北斗通信模块、矩阵键盘；导航定位通信模块还包括USB、LAN和串口RS-232。
所述COMPASS模块（北斗模块）采用的北斗星通公司生产的BDM905定位模块，该模块包括RDSS通信定位模块和发射接收天线。该模块采用一体化设计，功耗低，集成度和抗干扰性强。其电源是通过电源转换芯片LTC3708来进行输入电源电压转换控制的。
所述方法所采用的操作系统采用微软的Windows Embedded Compact7 嵌入式操作系统(即Win CE7)，该系统是一款组件化、可裁剪的实时性操作系统，支持最新的 ARM v7体系结构并通过Open GL ES 2.0 提高图形性能，对多核体系结构和SMP支持带来更高的性能；该系统支持多任务、多线程；具有强大的通信能力。
所述方法采用的技术方案如下：
首先，通过WinCE7的开发平台来对整个硬件平台设计定制适合此平台的Win CE7操作系统，该系统是通过Platform Builder2008 来进行开发设计；
其次，对Win CE7系统进行北斗卫星定位应用软件进行设计；该软件的开发是基于微软的嵌入式开发工具Visual Studio2008,该工具集成了Platform Builder2008；导航软件开发还需要Freescale iMX53平台的BSP的支持，根据处理后的BSP设计支持北斗定位功能的SDK软件；
最后，设计北斗卫星定位应用软件。
如图3所示，所述COMPASS模块与硬件平台的CPU处理器是通过串口RS232来进行通信，具体过程如下：
(1) 对串口进行设备的初始化，选择相应的串口和波特率设置；
(2) 通过对底层驱动程序的修改，操作对应的GPIO信号，设置北斗模块的电源电压输入控制；
(3) 进行北斗SIM卡服务进行检测，检测完成后，返回检测结果即北斗的服务类型，并通过该软件显示；
(4) 发送定位请求，请求信号通过北斗模块处理后，转换为导航电文由导航卫星反馈到地面主控制站，进行相关结算后，再由卫星把相应请求后的导航电文通过无线电波传送到手持式计算机终端的北斗模块；
(5) 通过返回的导航电文，分别对北斗和GPS终端组合导航滤波器输出的经度、纬度和高度进行运算；
(6) 实时输出手持式计算机终端的精确位置(经度、纬度和高度值)。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (6)
1.一种Windows CE系统下实现北斗/GPS组合导航的方法，其特征在于：所述方法基于一个通用的嵌入式北斗卫星导航定位系统平台，所述平台系统包括处理器模块、输入输出模块、导航定位通信模块和显示模块，其中处理器模块为该系统的硬件核心模块，导航定位通信模块是由GPS导航模块和COMPASS模块组成的组合导航模块，将组合导航模块安装到移动终端上，移动终端发出定位请求信息后，由GPS导航模块和COMPASS模块分别进行定位数据信息的分析、解算与综合，并输出各自子系统解算后的导航参数；两个独立子模块输出的初级解算信息通过组合导航滤波器进行导航数据信息融合，然后通过负反馈方式把融合后的导航参数输出到对应的COMPASS模块和GPS模块中，进行下一周期的解算，实现把最优的导航数据信息与初始数据的校正；最终由组合导航滤波器输出导航参数的最优估计值。
2.根据权利要求1所述的一种Windows CE系统下实现北斗/GPS组合导航的方法，其特征在于：所述系统平台的硬件是基于Freescale的ARMCortex-A8处理器，所述处理器模块采用Freescale生产的i.MX536的处理器，存储部分包括MMC Flash、SD卡、内存；输入输出模块包括触摸屏、矩阵键盘；导航定位通信模块还包括USB、LAN和串口RS-232。
3.根据权利要求1或2所述的一种Windows CE系统下实现北斗/GPS组合导航的方法，其特征在于：所述COMPASS模块采用的北斗星通公司生产的BDM905定位模块，该模块包括RDSS通信定位模块和发射接收天线。
4.根据权利要求3所述的一种Windows CE系统下实现北斗/GPS组合导航的方法，其特征在于：所述方法所采用的操作系统采用微软的Windows Embedded Compact7 嵌入式操作系统，该系统是一款组件化、可裁剪的实时性操作系统，支持最新的 ARM v7体系结构并通过Open GL ES 2.0 提高图形性能，对多核体系结构和SMP支持带来更高的性能；该系统支持多任务、多线程；具有强大的通信能力。
5.根据权利要求4所述的一种Windows CE系统下实现北斗/GPS组合导航的方法，其特征在于，所述方法采用的技术方案如下：
首先，通过WinCE7的开发平台来对整个硬件平台设计定制适合此平台的Win CE7操作系统，该系统是通过Platform Builder2008 来进行开发设计；
其次，对Win CE7系统进行北斗卫星定位应用软件进行设计；该软件的开发是基于微软的嵌入式开发工具Visual Studio2008,该工具集成了Platform Builder2008；导航软件开发还需要Freescale iMX53平台的BSP的支持，根据处理后的BSP设计支持北斗定位功能的SDK软件；
最后，设计北斗卫星定位应用软件。
6.根据权利要求5所述的一种Windows CE系统下实现北斗/GPS组合导航的方法，其特征在于，所述COMPASS模块与硬件平台的处理器通过串口RS232来进行通信，具体过程如下：
(1) 对串口进行设备的初始化，选择相应的串口和波特率设置；
(2) 通过对底层驱动程序的修改，操作对应的GPIO信号，设置北斗模块的电源电压输入控制；
(3) 进行北斗SIM卡服务进行检测，检测完成后，返回检测结果即北斗的服务类型，并通过该软件显示；
(4) 发送定位请求，请求信号通过北斗模块处理后，转换为导航电文由导航卫星反馈到地面主控制站，进行相关结算后，再由卫星把相应请求后的导航电文通过无线电波传送到手持式计算机终端的北斗模块；
(5) 通过返回的导航电文，分别对北斗和GPS终端组合导航滤波器输出的经度、纬度和高度进行运算；
(6) 实时输出手持式计算机终端的精确位置。
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