CN106289294A - 一种基于北斗卫星系统的高精度车载导航系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于北斗卫星系统的高精度车载导航系统及方法，其特征在于，所述系统包括：所述系统包括：云端、移动终端和车载端；所述车载端包括：数据传输模块、导航系统、处理系统、控制面板和定位系统；所述数据传输模块分别信号连接于云端移动端和处理系统；所述处理系统分别信号连接于导航系统、定位系统和控制面板；所述定位系统信号连接于北斗系统。本发明具有定位准确、自动更新、安全性高和智能化程度高等优点。

Description

一种基于北斗卫星系统的高精度车载导航系统及方法

技术领域

本发明涉及北斗导航技术领域，特别涉及一种基于北斗卫星系统的高精度车载导航系统及方法。

背景技术

卫星导航系统是重要的空间信息基础设施。中国高度重视卫星导航系统的建设，一直在努力探索和发展拥有自主知识产权的卫星导航系统。2000年，首先建成北斗导航试验系统，使我国成为继美、俄之后的世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。该系统已成功应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域，产生显著的经济效益和社会效益。特别是在2008年北京奥运会、汶川抗震救灾中发挥了重要作用。为了更好地服务于国家建设与发展，满足全球应用需求，我国启动实施了北斗卫星导航系统建设。

北斗定位系统是我国自主开发的全球定位系统，目前北斗定位系统在轨运行卫星已达16颗，截止2012年12月 27日，我国的北斗定位系统空间信号接口控制文件正式版已公布，北斗定位导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航及授时服务。该系统可为汽车、客机和轮船等常用交通工具提供定位服务，为精确制导武器提供定位导航服务，其对我国军事国防事业摆脱对国外GPS系统依赖有着重要意义，另外对农牧业、渔业生产也有着重要意义。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种基于北斗卫星系统的高精度车载导航系统及方法，本发明具有定位准确、自动更新、安全性高和智能化程度高等优点。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于北斗卫星系统的高精度车载导航系统，其特征在于，所述系统包括：云端、移动终端和车载端；所述车载端包括：数据传输模块、导航系统、处理系统、控制面板和定位系统；所述数据传输模块分别信号连接于云端移动端和处理系统；所述处理系统分别信号连接于导航系统、定位系统和控制面板；所述定位系统信号连接于北斗系统。

采用上述技术方案，本发明通过车载端进行汽车的导航；通过云端给车载端实时更新地图信息；通过移动终端同步车载端的导航情况。

所述云端包括云端数据传输单元、云端数据库和云端更新单元；所述云端数据传输单元，用于连通云端和车载端之间的数据传输；所述云端数据库，用于存储地图数据信息；所述云端更新单元，用于在设定的时间阈值内向车载端更新地图数据信息。

采用上述技术方案，最新的云端地图数据通过工作人员录入数据库中，云端在设定的阈值时间内，会将云端最新的地图数据发送至车载端，车载端在后续的导航中将利用这些数据信息进行导航。

所述移动终端包括：同步单元、处理单元和显示单元；所述同步单元，用于同步获取车载端的数据信息；所述处理单元，用于处理移动终端中的数据信息；所述显示单元，用于同步显示车载端的地图导航信息。

采用上述技术方案，本发明的移动终端可以同步车载端的导航情况，在关闭车载端的显示屏的情况下可以通过移动终端显示。

所述数据传输模块用于连通车载端和云端，以及车载端和移动终端之间的数据通信；所述导航系统，用于根据定位系统的定位情况进行汽车导航；所述处理系统，用于对车载端的数据信息进行处理；所述控制面板，用于手动操控车载端的运行。

采用上述技术方案，用户通过控制面板对车载端进行控制。

所述定位系统包括：DSP处理器、ARM处理器、电源、存储器、液晶显示屏、数据传输单元、DSP电源管理模块和双天线定位模块；所述DSP处理器分别信号连接于电源、ARM处理器、双天线定位模块和DSP电源管理模块；所述ARM处理器分别信号连接于DSP处理器、存储器、液晶显示屏和数据传输单元。

一种基于北斗卫星系统的高精度车载导航方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：云端在设定的时间阈值内，向车载端发送最新的地图信息；

步骤2：车载端接收到新的地图信息后，处理系统开始对车载端的地图信息进行更新；

步骤3：在汽车行进过程中，车载端的定位系统先对汽车进行定位；将定位结果发送至处理系统，处理系统对接受到的定位数据信息进行处理后发送至导航系统；

步骤4：用户通过控制面板可以

步骤5：导航系统根据接收到的定位信息，开始对汽车进行导航。

所述定位系统对汽车进行定位的方法包括以下步骤：

步骤1：ARM处理器初始化；DSP处理器初始化，判断是否失星；如果失星，则执行步骤2，如果未失星则执行步骤3；

步骤2：DSP处理器进行UKF轨迹预测运算，得出运算结果，发送至ARM处理器，执行步骤4；

步骤3：DSP处理器进行北斗双天线算法运算，将运算结果发送至ARM处理器，执行步骤4；

步骤4：ARM处理器接收到DSP的定位信息后，从存储器中读取地图信息，并发送至液晶显示屏进行显示。

所述DSP处理器进行UKF归集预测运算的运算方法包括以下步骤：

步骤1：DSP处理器首先取得未失星前时刻双天线定位所得定位经度信息和纬度信息；按照如下公式进行计算：

式中，X为未失星前时刻北斗双天线定位所得定位经、纬度信息;px是x的协方差;n表示系统状态维数;北斗应用中n取值为2;λ是微调参数，其可控制样本点到均值的距离；

步骤2：采用如下公式，根据系统状态方程求样本点传递值：

;

步骤3：进行系统定位误差均值和方差的一步预测；

步骤4：根据系统量测方程求取定位误差状态一步预测的传递值；

步骤:5：获得定位误差均值和协方差。

采用以上技术方案，本发明产生了以下有益效果：

1、定位准确：本发明的定位系统采用双天线定位系统进行定位，相对于单纯的单天线定位的精度更高。经测试，在晴天的情况下，单北斗模块定位精度约在9 m，双天线北斗模块定位精度约为3.3 m，GPS的定位精度约在10 m，这说明使用双天线结构大幅提升了北斗定位模块的定位精度

2、自动更新：本发明的云端能够给车载端实时更新地图信息，车载端接收到地图信息后对本地地图数据进行更新，在后续的导航采用更新后的地图数据，使得导航结果更加准确。

3、智能化程度高：本发明的导航系统能够智能判断应该进行UKF运算然后进行定位，还是应该进行双天线定位。根据实际状况进行调整后，能够最大化的保证运行的效率和定位的准确性。

4、安全性高：本发明的导航系统定位系统采用北斗系统进行定位，不依赖GPS进行定位，在信息保密性和安全性上相比传统的定位导航系统，效果更好。

附图说明

图1是本发明的一种基于北斗卫星系统的高精度车载导航系统及方法的系统结构示意图。

图2是本发明的一种基于北斗卫星系统的高精度车载导航系统及方法的定位系统结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明实施例1中提供了一种自动寻路机器人系统，系统结构如图1所示：

一种基于北斗卫星系统的高精度车载导航系统，其特征在于，所述系统包括：云端、移动终端和车载端；所述车载端包括：数据传输模块、导航系统、处理系统、控制面板和定位系统；所述数据传输模块分别信号连接于云端移动端和处理系统；所述处理系统分别信号连接于导航系统、定位系统和控制面板；所述定位系统信号连接于北斗系统。

采用上述技术方案，本发明通过车载端进行汽车的导航；通过云端给车载端实时更新地图信息；通过移动终端同步车载端的导航情况。

所述云端包括云端数据传输单元、云端数据库和云端更新单元；所述云端数据传输单元，用于连通云端和车载端之间的数据传输；所述云端数据库，用于存储地图数据信息；所述云端更新单元，用于在设定的时间阈值内向车载端更新地图数据信息。

采用上述技术方案，最新的云端地图数据通过工作人员录入数据库中，云端在设定的阈值时间内，会将云端最新的地图数据发送至车载端，车载端在后续的导航中将利用这些数据信息进行导航。

所述移动终端包括：同步单元、处理单元和显示单元；所述同步单元，用于同步获取车载端的数据信息；所述处理单元，用于处理移动终端中的数据信息；所述显示单元，用于同步显示车载端的地图导航信息。

采用上述技术方案，本发明的移动终端可以同步车载端的导航情况，在关闭车载端的显示屏的情况下可以通过移动终端显示。

所述数据传输模块用于连通车载端和云端，以及车载端和移动终端之间的数据通信；所述导航系统，用于根据定位系统的定位情况进行汽车导航；所述处理系统，用于对车载端的数据信息进行处理；所述控制面板，用于手动操控车载端的运行。

采用上述技术方案，用户通过控制面板对车载端进行控制。

所述定位系统包括：DSP处理器、ARM处理器、电源、存储器、液晶显示屏、数据传输单元、DSP电源管理模块和双天线定位模块；所述DSP处理器分别信号连接于电源、ARM处理器、双天线定位模块和DSP电源管理模块；所述ARM处理器分别信号连接于DSP处理器、存储器、液晶显示屏和数据传输单元。

本发明实施例2中提供了一种自动寻路机器人的寻路方法：

一种基于北斗卫星系统的高精度车载导航方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：云端在设定的时间阈值内，向车载端发送最新的地图信息；

步骤2：车载端接收到新的地图信息后，处理系统开始对车载端的地图信息进行更新；

步骤3：在汽车行进过程中，车载端的定位系统先对汽车进行定位；将定位结果发送至处理系统，处理系统对接受到的定位数据信息进行处理后发送至导航系统；

步骤4：用户通过控制面板可以

步骤5：导航系统根据接收到的定位信息，开始对汽车进行导航。

所述定位系统对汽车进行定位的方法包括以下步骤：

步骤1：ARM处理器初始化；DSP处理器初始化，判断是否失星；如果失星，则执行步骤2，如果未失星则执行步骤3；

步骤2：DSP处理器进行UKF轨迹预测运算，得出运算结果，发送至ARM处理器，执行步骤4；

步骤3：DSP处理器进行北斗双天线算法运算，将运算结果发送至ARM处理器，执行步骤4；

步骤4：ARM处理器接收到DSP的定位信息后，从存储器中读取地图信息，并发送至液晶显示屏进行显示。

所述DSP处理器进行UKF归集预测运算的运算方法包括以下步骤：

步骤1：DSP处理器首先取得未失星前时刻双天线定位所得定位经度信息和纬度信息；按照如下公式进行计算：

式中，X为未失星前时刻北斗双天线定位所得定位经、纬度信息;px是x的协方差;n表示系统状态维数;北斗应用中n取值为2;λ是微调参数，其可控制样本点到均值的距离；

步骤2：采用如下公式，根据系统状态方程求样本点传递值：

;

步骤3：进行系统定位误差均值和方差的一步预测；

步骤4：根据系统量测方程求取定位误差状态一步预测的传递值；

步骤:5：获得定位误差均值和协方差。

本发明实施例3中提供了一种基于图像处理技术的低亮度环境物品筛分系统及方法，系统结构图如图1所示：

一种基于北斗卫星系统的高精度车载导航系统，其特征在于，所述系统包括：云端、移动终端和车载端；所述车载端包括：数据传输模块、导航系统、处理系统、控制面板和定位系统；所述数据传输模块分别信号连接于云端移动端和处理系统；所述处理系统分别信号连接于导航系统、定位系统和控制面板；所述定位系统信号连接于北斗系统。

采用上述技术方案，本发明通过车载端进行汽车的导航；通过云端给车载端实时更新地图信息；通过移动终端同步车载端的导航情况。

所述云端包括云端数据传输单元、云端数据库和云端更新单元；所述云端数据传输单元，用于连通云端和车载端之间的数据传输；所述云端数据库，用于存储地图数据信息；所述云端更新单元，用于在设定的时间阈值内向车载端更新地图数据信息。

采用上述技术方案，最新的云端地图数据通过工作人员录入数据库中，云端在设定的阈值时间内，会将云端最新的地图数据发送至车载端，车载端在后续的导航中将利用这些数据信息进行导航。

所述移动终端包括：同步单元、处理单元和显示单元；所述同步单元，用于同步获取车载端的数据信息；所述处理单元，用于处理移动终端中的数据信息；所述显示单元，用于同步显示车载端的地图导航信息。

采用上述技术方案，本发明的移动终端可以同步车载端的导航情况，在关闭车载端的显示屏的情况下可以通过移动终端显示。

所述数据传输模块用于连通车载端和云端，以及车载端和移动终端之间的数据通信；所述导航系统，用于根据定位系统的定位情况进行汽车导航；所述处理系统，用于对车载端的数据信息进行处理；所述控制面板，用于手动操控车载端的运行。

采用上述技术方案，用户通过控制面板对车载端进行控制。

所述定位系统包括：DSP处理器、ARM处理器、电源、存储器、液晶显示屏、数据传输单元、DSP电源管理模块和双天线定位模块；所述DSP处理器分别信号连接于电源、ARM处理器、双天线定位模块和DSP电源管理模块；所述ARM处理器分别信号连接于DSP处理器、存储器、液晶显示屏和数据传输单元。

一种基于北斗卫星系统的高精度车载导航方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：云端在设定的时间阈值内，向车载端发送最新的地图信息；

步骤2：车载端接收到新的地图信息后，处理系统开始对车载端的地图信息进行更新；

步骤3：在汽车行进过程中，车载端的定位系统先对汽车进行定位；将定位结果发送至处理系统，处理系统对接受到的定位数据信息进行处理后发送至导航系统；

步骤4：用户通过控制面板可以

步骤5：导航系统根据接收到的定位信息，开始对汽车进行导航。

所述定位系统对汽车进行定位的方法包括以下步骤：

步骤1：ARM处理器初始化；DSP处理器初始化，判断是否失星；如果失星，则执行步骤2，如果未失星则执行步骤3；

步骤2：DSP处理器进行UKF轨迹预测运算，得出运算结果，发送至ARM处理器，执行步骤4；

步骤3：DSP处理器进行北斗双天线算法运算，将运算结果发送至ARM处理器，执行步骤4；

步骤4：ARM处理器接收到DSP的定位信息后，从存储器中读取地图信息，并发送至液晶显示屏进行显示。

所述DSP处理器进行UKF归集预测运算的运算方法包括以下步骤：

步骤1：DSP处理器首先取得未失星前时刻双天线定位所得定位经度信息和纬度信息；按照如下公式进行计算：

式中， X为未失星前时刻北斗双天线定位所得定位经、纬度信息;px是x的协方差;n表示系统状态维数;北斗应用中n取值为2;λ是微调参数，其可控制样本点到均值的距离；

步骤2：采用如下公式，根据系统状态方程求样本点传递值：

;

步骤3：进行系统定位误差均值和方差的一步预测；

步骤4：根据系统量测方程求取定位误差状态一步预测的传递值；

步骤:5：获得定位误差均值和协方差。

本发明的定位系统采用双天线定位系统进行定位，相对于单纯的单天线定位的精度更高。经测试，在晴天的情况下，单北斗模块定位精度约在9 m，双天线北斗模块定位精度约为3.3 m，GPS的定位精度约在10 m，这说明使用双天线结构大幅提升了北斗定位模块的定位精度

本发明的云端能够给车载端实时更新地图信息，车载端接收到地图信息后对本地地图数据进行更新，在后续的导航采用更新后的地图数据，使得导航结果更加准确。

本发明的导航系统能够智能判断应该进行UKF运算然后进行定位，还是应该进行双天线定位。根据实际状况进行调整后，能够最大化的保证运行的效率和定位的准确性。

本发明的导航系统定位系统采用北斗系统进行定位，不依赖GPS进行定位，在信息保密性和安全性上相比传统的定位导航系统，效果更好。。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种基于北斗卫星系统的高精度车载导航系统，其特征在于，所述系统包括：云端、移动终端和车载端；所述车载端包括：数据传输模块、导航系统、处理系统、控制面板和定位系统；所述数据传输模块分别信号连接于云端移动端和处理系统；所述处理系统分别信号连接于导航系统、定位系统和控制面板；所述定位系统信号连接于北斗系统。

2.如权利要求1所述的基于北斗卫星系统的高精度车载导航系统，其特征在于，所述云端包括云端数据传输单元、云端数据库和云端更新单元；所述云端数据传输单元，用于连通云端和车载端之间的数据传输；所述云端数据库，用于存储地图数据信息；所述云端更新单元，用于在设定的时间阈值内向车载端更新地图数据信息。

3.如权利要求2所述的基于北斗卫星系统的高精度车载导航系统，其特征在于，所述移动终端包括：同步单元、处理单元和显示单元；所述同步单元，用于同步获取车载端的数据信息；所述处理单元，用于处理移动终端中的数据信息；所述显示单元，用于同步显示车载端的地图导航信息。

4.如权利要求1所述的基于北斗卫星系统的高精度车载导航系统，其特征在于，所述数据传输模块用于连通车载端和云端，以及车载端和移动终端之间的数据通信；所述导航系统，用于根据定位系统的定位情况进行汽车导航；所述处理系统，用于对车载端的数据信息进行处理；所述控制面板，用于手动操控车载端的运行。

5.如权利要求4所述的基于北斗卫星系统的高精度车载导航系统，其特征在于，所述定位系统包括：DSP处理器、ARM处理器、电源、存储器、液晶显示屏、数据传输单元、DSP电源管理模块和双天线定位模块；所述DSP处理器分别信号连接于电源、ARM处理器、双天线定位模块和DSP电源管理模块；所述ARM处理器分别信号连接于DSP处理器、存储器、液晶显示屏和数据传输单元。

6.一种基于权利要求1至5之一所述的基于北斗卫星系统的高精度车载导航系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：云端在设定的时间阈值内，向车载端发送最新的地图信息；

步骤2：车载端接收到新的地图信息后，处理系统开始对车载端的地图信息进行更新；

步骤3：在汽车行进过程中，车载端的定位系统先对汽车进行定位；将定位结果发送至处理系统，处理系统对接受到的定位数据信息进行处理后发送至导航系统；

步骤4：用户通过控制面板可以

步骤5：导航系统根据接收到的定位信息，开始对汽车进行导航。

7.如权利要求6所述的基于北斗卫星系统的高精度车载导航方法，其特征在于，所述定位系统对汽车进行定位的方法包括以下步骤：

步骤1：ARM处理器初始化；DSP处理器初始化，判断是否失星；如果失星，则执行步骤2，如果未失星则执行步骤3；

步骤2：DSP处理器进行UKF轨迹预测运算，得出运算结果，发送至ARM处理器，执行步骤4；

步骤3：DSP处理器进行北斗双天线算法运算，将运算结果发送至ARM处理器，执行步骤4；

步骤4：ARM处理器接收到DSP的定位信息后，从存储器中读取地图信息，并发送至液晶显示屏进行显示。

8.如权利要求7所述的基于北斗卫星系统的高精度车载导航方法，其特征在于，所述DSP处理器进行UKF归集预测运算的运算方法包括以下步骤：

步骤1：DSP处理器首先取得未失星前时刻双天线定位所得定位经度信息和纬度信息；按照如下公式进行计算：

式中，为未失星前时刻北斗双天线定位所得定位经、纬度信息;px是x的协方差;n表示系统状态维数;北斗应用中n取值为2;λ是微调参数，其可控制样本点到均值的距离；

步骤2：采用如下公式，根据系统状态方程求样本点传递值：

;

步骤3：进行系统定位误差均值和方差的一步预测；

步骤4：根据系统量测方程求取定位误差状态一步预测的传递值；

步骤:5：获得定位误差均值和协方差。