CN107085232A - Gps导航系统及其定位精度测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了GPS导航系统及其定位精度测试方法，包括步骤：驾驶载有GPS导航系统的车辆在开阔路面上行驶；主控制器实时接收并解析触摸显示屏发送的操作指令，并在解析获得进入导航测试模式的指令时，重复控制程控电源的打开/关闭，交互实现对GPS天线的供电/断电；GPS天线在获得程控电源供电的情况下，接收卫星信号并将卫星信号放大后送入GPS模块；GPS模块根据接收到的卫星信号或内置陀螺仪的传感数据，计算获得系统的实时定位数据；主控制器接收GPS模块的实时定位数据，进而计算获得系统的定位精度。本发明减小了内置陀螺仪的GPS系统的测试场地依赖性，提高测试效率并降低了测试成本，可广泛应用于GPS行业中。

Description

GPS导航系统及其定位精度测试方法
技术领域
本发明涉及GPS导航系统的测试领域，特别是涉及GPS导航系统及其定位精度测试方法。
背景技术
虽然定位技术的发展，内置陀螺仪的GPS导航系统被频繁使用，其在GPS信号良好时，采用GPS定位，而当GPS信号弱甚至完全无信号时，采用陀螺仪惯性推算进行定位。现有的带有陀螺仪的GPS导航系统，其定位精度的测试方法为：将车辆驾驶至GPS覆盖良好的开阔路面，用以实现对陀螺仪的校准并测试GPS导航的精度，然后再将车辆驾驶至高大建筑密集的城市路面、立交桥、隧道等GPS信号弱甚至完全无信号的路面测试陀螺仪惯性导航的定位精度。这种内置陀螺仪的GPS导航系统，其定位精度测试方法，要求既有GPS覆盖良好的开阔路面，又有GPS信号很差甚至完全没有的路面，场地要求复杂，测试效率低，测试成本高。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供GPS导航系统，本发明的另一目的是提供一种GPS导航系统的定位精度测试方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
GPS导航系统，包括主控制器、程控电源、存储卡、触摸显示屏、GPS有源天线以及内置陀螺仪的GPS模块，所述主控制器分别与存储卡、触摸显示屏以及GPS模块连接，所述主控制器的输出端与程控电源的输入端连接，所述程控电源的输出端与GPS有源天线的输入端连接，所述GPS有源天线的输出端与GPS模块的输入端连接。
进一步，所述主控制器用于接收并解析触摸显示屏发送的操作指令，并在解析获得进入导航测试模式的指令时，重复控制程控电源的打开/关闭，同时接收GPS模块的实时定位数据并保存到存储卡中，还用于根据接收的实时定位数据生成导航轨迹后比对获得系统的定位精度。
进一步，所述GPS天线用于在程控电源打开的情况下，接收卫星信号并放大后送入GPS模块。
进一步，所述GPS模块用于在判断天线接收到足够多的卫星信号时，根据GPS天线接收到的卫星信号，采用GPS定位算法计算系统的当前位置作为实时定位数据，或者在判断天线接收到的卫星信号较弱或没有时，基于内置陀螺仪的传感数据，采用陀螺仪惯性算法计算系统的当前位置作为实时定位数据，并将计算出的实时定位数据发送给主控制器。
进一步，所述存储卡用于保存导航引擎、地图数据以及GPS模块计算出的实时位置。
本发明的另一技术方案是：
GPS导航系统的定位精度测试方法，包括步骤：
驾驶载有GPS导航系统的车辆在开阔路面上行驶；
主控制器实时接收并解析触摸显示屏发送的操作指令，并在解析获得进入导航测试模式的指令时，重复控制程控电源的打开/关闭，交互实现对GPS天线的供电/断电；
GPS天线在获得程控电源供电的情况下，接收卫星信号并将卫星信号放大后送入GPS模块；
GPS模块根据接收到的卫星信号或内置陀螺仪的传感数据，计算获得系统的实时定位数据；
主控制器接收GPS模块的实时定位数据，进而计算获得系统的定位精度。
进一步，所述GPS模块根据接收到的卫星信号或内置陀螺仪的传感数据，计算获得系统的实时定位数据的步骤，其具体为：
GPS模块在判断天线接收到足够多的卫星信号时，根据GPS天线接收到的卫星信号，采用GPS定位算法计算系统的当前位置作为实时定位数据，或者在判断天线接收到的卫星信号较弱或没有时，基于内置陀螺仪的传感数据以及车辆的实时车速信息，采用陀螺仪惯性算法计算系统的当前位置作为实时定位数据。
进一步，所述GPS模块在判断天线接收到足够多的卫星信号时，根据GPS天线接收到的卫星信号，采用GPS定位算法计算系统的当前位置作为实时定位数据的步骤，其具体为：
GPS模块在判断天线接收到4颗以上GPS卫星的卫星信号时，根据这些卫星信号到达被测GPS导航系统的时间，基于GPS定位算法，构建方程组，求解获得被测GPS导航系统的x、y、z坐标和钟差，进而获得系统的当前位置作为实时定位数据。
进一步，所述在判断天线接收到的卫星信号较弱或没有时，基于内置陀螺仪的传感数据，采用陀螺仪惯性算法计算系统的当前位置作为实时定位数据的步骤，其具体为：
在判断天线接收到小于4颗GPS卫星的卫星信号时，基于内置陀螺仪的传感数据，计算获得GPS导航系统的实时运动姿态，并获取车辆的实时车速信息后进行积分计算获得车辆的位移，同时获得GPS天线关闭时的最后位置，两者结合计算获得系统的当前位置作为实时定位数据。
进一步，所述主控制器接收GPS模块的实时定位数据，进而计算获得系统的定位精度的步骤，其具体为：
主控制器接收GPS模块的实时定位数据并保存到存储卡中，同时根据接收的实时定位数据生成导航轨迹后，与车辆的实际行驶轨迹比对后，计算获得系统的定位精度。
本发明的有益效果是：本发明的一种GPS导航系统，包括主控制器、程控电源、存储卡、触摸显示屏、GPS有源天线以及内置陀螺仪的GPS模块，所述主控制器分别与存储卡、触摸显示屏以及GPS模块连接，所述主控制器的输出端与程控电源的输入端连接，所述程控电源的输出端与GPS有源天线的输入端连接，所述GPS有源天线的输出端与GPS模块的输入端连接。本GPS导航系统可以通过主控制器重复打开/关闭GPS有源天线的程控电源，在开阔路面驾驶车辆时，当主控制器打开GPS有源天线的程控电源时，GPS模块能收到GPS信号，此时可以测试GPS导航定位精度，当主控制器关闭GPS有源天线的程控电源时，GPS模块收不到GPS信号，此时测试的是陀螺仪惯性导航定位精度，因此，本系统可以在GPS覆盖良好的开阔路面的单一场地实现全路况的导航定位精度测试，减小了测试场地依赖性，提高测试效率并降低测试成本。
本发明的另一有益效果是：本发明的GPS导航系统的定位精度测试方法，包括步骤：驾驶载有GPS导航系统的车辆在开阔路面上行驶；主控制器实时接收并解析触摸显示屏发送的操作指令，并在解析获得进入导航测试模式的指令时，重复控制程控电源的打开/关闭，交互实现对GPS天线的供电/断电；GPS天线在获得程控电源供电的情况下，接收卫星信号并将卫星信号放大后送入GPS模块；GPS模块根据接收到的卫星信号或内置陀螺仪的传感数据，计算获得系统的实时定位数据；主控制器接收GPS模块的实时定位数据，进而计算获得系统的定位精度。本测试方法可以通过主控制器重复打开/关闭GPS有源天线的程控电源，在开阔路面驾驶车辆时，当主控制器打开GPS有源天线的程控电源时，GPS模块能收到GPS信号，此时可以测试GPS导航定位精度，当主控制器关闭GPS有源天线的程控电源时，GPS模块收不到GPS信号，此时测试的是陀螺仪惯性导航定位精度，因此，本系统可以在GPS覆盖良好的开阔路面的单一场地实现全路况的导航定位精度测试，减小了测试场地依赖性，提高测试效率并降低测试成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的GPS导航系统的结构框图；
图2是本发明的具体实施例中GPS导航系统与GPS卫星之间的位置关系示意图。
具体实施方式
参照图1，本发明提供了一种GPS导航系统，包括主控制器、程控电源、存储卡、触摸显示屏、GPS有源天线以及内置陀螺仪的GPS模块，所述主控制器分别与存储卡、触摸显示屏以及GPS模块连接，所述主控制器的输出端与程控电源的输入端连接，所述程控电源的输出端与GPS有源天线的输入端连接，所述GPS有源天线的输出端与GPS模块的输入端连接。
进一步作为优选的实施方式，所述主控制器用于接收并解析触摸显示屏发送的操作指令，并在解析获得进入导航测试模式的指令时，重复控制程控电源的打开/关闭，同时接收GPS模块的实时定位数据并保存到存储卡中，还用于根据接收的实时定位数据生成导航轨迹后比对获得系统的定位精度。
进一步作为优选的实施方式，所述GPS天线用于在程控电源打开的情况下，接收卫星信号并放大后送入GPS模块。
进一步作为优选的实施方式，所述GPS模块用于在判断天线接收到足够多的卫星信号时，根据GPS天线接收到的卫星信号，采用GPS定位算法计算系统的当前位置作为实时定位数据，或者在判断天线接收到的卫星信号较弱或没有时，基于内置陀螺仪的传感数据，采用陀螺仪惯性算法计算系统的当前位置作为实时定位数据，并将计算出的实时定位数据发送给主控制器。
进一步作为优选的实施方式，所述存储卡用于保存导航引擎、地图数据以及GPS模块计算出的实时位置。
本发明还提供了一种GPS导航系统的定位精度测试方法，包括步骤：
驾驶载有GPS导航系统的车辆在开阔路面上行驶；
主控制器实时接收并解析触摸显示屏发送的操作指令，并在解析获得进入导航测试模式的指令时，重复控制程控电源的打开/关闭，交互实现对GPS天线的供电/断电；
GPS天线在获得程控电源供电的情况下，接收卫星信号并将卫星信号放大后送入GPS模块；
GPS模块根据接收到的卫星信号或内置陀螺仪的传感数据，计算获得系统的实时定位数据；
主控制器接收GPS模块的实时定位数据，进而计算获得系统的定位精度。
进一步作为优选的实施方式，所述GPS模块根据接收到的卫星信号或内置陀螺仪的传感数据，计算获得系统的实时定位数据的步骤，其具体为：
GPS模块在判断天线接收到足够多的卫星信号时，根据GPS天线接收到的卫星信号，采用GPS定位算法计算系统的当前位置作为实时定位数据，或者在判断天线接收到的卫星信号较弱或没有时，基于内置陀螺仪的传感数据以及车辆的实时车速信息，采用陀螺仪惯性算法计算系统的当前位置作为实时定位数据。
进一步作为优选的实施方式，所述GPS模块在判断天线接收到足够多的卫星信号时，根据GPS天线接收到的卫星信号，采用GPS定位算法计算系统的当前位置作为实时定位数据的步骤，其具体为：
GPS模块在判断天线接收到4颗以上GPS卫星的卫星信号时，根据这些卫星信号到达被测GPS导航系统的时间，基于GPS定位算法，构建方程组，求解获得被测GPS导航系统的x、y、z坐标和钟差，进而获得系统的当前位置作为实时定位数据。
进一步作为优选的实施方式，所述在判断天线接收到的卫星信号较弱或没有时，基于内置陀螺仪的传感数据，采用陀螺仪惯性算法计算系统的当前位置作为实时定位数据的步骤，其具体为：
在判断天线接收到小于4颗GPS卫星的卫星信号时，基于内置陀螺仪的传感数据，计算获得GPS导航系统的实时运动姿态，并获取车辆的实时车速信息后进行积分计算获得车辆的位移，同时获得GPS天线关闭时的最后位置，两者结合计算获得系统的当前位置作为实时定位数据。
进一步作为优选的实施方式，所述主控制器接收GPS模块的实时定位数据，进而计算获得系统的定位精度的步骤，其具体为：
主控制器接收GPS模块的实时定位数据并保存到存储卡中，同时根据接收的实时定位数据生成导航轨迹后，与车辆的实际行驶轨迹比对后，计算获得系统的定位精度。
以下结合详细实施例对本发明做具体说明。
实施例一
参照图1，一种GPS导航系统，包括主控制器、程控电源、存储卡、触摸显示屏、GPS有源天线以及内置陀螺仪的GPS模块，主控制器分别与存储卡、触摸显示屏以及GPS模块连接，主控制器的输出端与程控电源的输入端连接，程控电源的输出端与GPS有源天线的输入端连接，GPS有源天线的输出端与GPS模块的输入端连接。
本实施例中，主控制器用于接收并解析触摸显示屏发送的操作指令，并在解析获得进入导航测试模式的指令时，通过IO口重复控制程控电源的打开/关闭，同时通过UART口接收GPS模块的实时定位数据并保存到存储卡中，还用于根据接收的实时定位数据生成导航轨迹后比对获得系统的定位精度。
GPS天线用于在程控电源打开的情况下，接收卫星信号并放大后送入GPS模块。
程控电源用于在主控制器的控制下，为GPS有源天线提供电源。
GPS模块用于在判断天线接收到足够多的卫星信号时，根据GPS天线接收到的卫星信号，采用GPS定位算法计算系统的当前位置作为实时定位数据，或者在判断天线接收到的卫星信号较弱或没有时，基于内置陀螺仪的传感数据，采用陀螺仪惯性算法计算系统的当前位置作为实时定位数据，并将计算出的实时定位数据通过UART口发送给主控制器。
存储卡用于保存导航引擎、地图数据以及GPS模块计算出的实时位置。
本GPS导航系统可以通过主控制器重复打开/关闭GPS有源天线的程控电源，所以在开阔路面驾驶车辆时，当主控制器打开GPS有源天线的程控电源时，GPS模块能收到GPS信号，此时可以测试GPS导航定位精度，当主控制器关闭GPS有源天线的程控电源时，GPS模块收不到GPS信号，此时测试的是陀螺仪惯性导航定位精度，仅在GPS覆盖良好的开阔路面这一种场地就实现了全路况的导航定位精度测试，减小了测试场地依赖性，提高测试效率并降低测试成本。
实施例二
本实施例是实施例一的GPS导航系统的定位精度测试方法，包括步骤：
驾驶载有GPS导航系统的车辆在开阔路面上行驶；
主控制器实时接收并解析触摸显示屏发送的操作指令，并在解析获得进入导航测试模式的指令时，重复控制程控电源的打开/关闭，交互实现对GPS天线的供电/断电；
GPS天线在获得程控电源供电的情况下，接收卫星信号并将卫星信号放大后送入GPS模块；
GPS模块根据接收到的卫星信号或内置陀螺仪的传感数据，计算获得系统的实时定位数据；
主控制器接收GPS模块的实时定位数据，进而计算获得系统的定位精度。
本实施例中，GPS模块根据接收到的卫星信号或内置陀螺仪的传感数据，计算获得系统的实时定位数据的步骤，其具体为：
GPS模块在判断天线接收到足够多的卫星信号时，根据GPS天线接收到的卫星信号，采用GPS定位算法计算系统的当前位置作为实时定位数据，或者在判断天线接收到的卫星信号较弱或没有时，基于内置陀螺仪的传感数据以及车辆的实时车速信息，采用陀螺仪惯性算法计算系统的当前位置作为实时定位数据。
其中，GPS模块在判断天线接收到足够多的卫星信号时，根据GPS天线接收到的卫星信号，采用GPS定位算法计算系统的当前位置作为实时定位数据的步骤，其具体为：
GPS模块在判断天线接收到4颗以上GPS卫星的卫星信号时，根据这些卫星信号到达被测GPS导航系统的时间，基于GPS定位算法，构建方程组，求解获得被测GPS导航系统的x、y、z坐标和钟差，进而获得系统的当前位置作为实时定位数据。至少要有4颗卫星信号才能组成有效解算被测GPS导航系统位置及钟差的方程组，每多接收一颗可多列一个方程，减少位置计算的误差，实际计算时，接收到的有效卫星信号均被用于进行计算。
如图2所示，图2展示了GPS导航系统的XYZ坐标系与卫星1、卫星2、卫星3、卫星4这4颗GPS卫星的位置关系示意图，(x,y,z)表示GPS导航系统的坐标，其中，(xi,yi,zi)，i＝1,2,3,4，分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标，可由接收的卫星信号的卫星导航电文求得。
构建如下方程组：
其中，di(i＝1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到被测GPS导航系统之间的距离，通过公式di＝c△ti求解获得，其中，c表示GPS信号的传播速度，为光速。△ti(i＝1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达被测机所经历的时间，通过测量获得。具体的，卫星广播星历信号时，信号内容含有发射信号时候的星载时钟A，被测机接收到此卫星信号的时候计为B，则卫星的信号到达被测机所经历的时间△t＝B-A。Vti(i＝1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历即卫星导航电文提供。Vt0表示被测GPS导航系统的钟差。通过以上方程组即可求解获得被测GPS导航系统的x、y、z坐标和钟差Vt0，从而获得系统的当前位置。
在判断天线接收到的卫星信号较弱或没有时，基于内置陀螺仪的传感数据，采用陀螺仪惯性算法计算系统的当前位置作为实时定位数据的步骤，其具体为：
在判断天线接收到小于4颗GPS卫星的卫星信号时，基于内置陀螺仪的传感数据，计算获得GPS导航系统的实时运动姿态，并获取车辆的实时车速信息后进行积分计算获得车辆的位移，同时获得GPS天线关闭时的最后位置，两者结合计算获得系统的当前位置作为实时定位数据。
本实施例中，主控制器接收GPS模块的实时定位数据，进而计算获得系统的定位精度的步骤，其具体为：
主控制器接收GPS模块的实时定位数据并保存到存储卡中，同时根据接收的实时定位数据生成导航轨迹后，与车辆的实际行驶轨迹比对后，计算获得系统的定位精度。
本定位精度测试方法可以通过主控制器重复打开/关闭GPS有源天线的程控电源，所以在开阔路面驾驶车辆时，当主控制器打开GPS有源天线的程控电源时，GPS模块能收到GPS信号，此时可以测试GPS导航定位精度，当主控制器关闭GPS有源天线的程控电源时，GPS模块收不到GPS信号，此时测试的是陀螺仪惯性导航定位精度，可以在GPS覆盖良好的开阔路面的单一场地实现全路况的导航定位精度测试，减小了测试场地依赖性，提高测试效率并降低测试成本。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.GPS导航系统，其特征在于，包括主控制器、程控电源、存储卡、触摸显示屏、GPS有源天线以及内置陀螺仪的GPS模块，所述主控制器分别与存储卡、触摸显示屏以及GPS模块连接，所述主控制器的输出端与程控电源的输入端连接，所述程控电源的输出端与GPS有源天线的输入端连接，所述GPS有源天线的输出端与GPS模块的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的GPS导航系统，其特征在于，所述主控制器用于接收并解析触摸显示屏发送的操作指令，并在解析获得进入导航测试模式的指令时，重复控制程控电源的打开/关闭，同时接收GPS模块的实时定位数据并保存到存储卡中，还用于根据接收的实时定位数据生成导航轨迹后比对获得系统的定位精度。
3.根据权利要求1所述的GPS导航系统，其特征在于，所述GPS天线用于在程控电源打开的情况下，接收卫星信号并放大后送入GPS模块。
4.根据权利要求1所述的GPS导航系统，其特征在于，所述GPS模块用于在判断天线接收到足够多的卫星信号时，根据GPS天线接收到的卫星信号，采用GPS定位算法计算系统的当前位置作为实时定位数据，或者在判断天线接收到的卫星信号较弱或没有时，基于内置陀螺仪的传感数据，采用陀螺仪惯性算法计算系统的当前位置作为实时定位数据，并将计算出的实时定位数据发送给主控制器。
5.根据权利要求1所述的GPS导航系统，其特征在于，所述存储卡用于保存导航引擎、地图数据以及GPS模块计算出的实时位置。
6.GPS导航系统的定位精度测试方法，其特征在于，包括步骤：
驾驶载有GPS导航系统的车辆在开阔路面上行驶；
主控制器实时接收并解析触摸显示屏发送的操作指令，并在解析获得进入导航测试模式的指令时，重复控制程控电源的打开/关闭，交互实现对GPS天线的供电/断电；
GPS天线在获得程控电源供电的情况下，接收卫星信号并将卫星信号放大后送入GPS模块；
GPS模块根据接收到的卫星信号或内置陀螺仪的传感数据，计算获得系统的实时定位数据；
主控制器接收GPS模块的实时定位数据，进而计算获得系统的定位精度。
7.根据权利要求6所述的GPS导航系统的定位精度测试方法，其特征在于，所述GPS模块根据接收到的卫星信号或内置陀螺仪的传感数据，计算获得系统的实时定位数据的步骤，其具体为：
GPS模块在判断天线接收到足够多的卫星信号时，根据GPS天线接收到的卫星信号，采用GPS定位算法计算系统的当前位置作为实时定位数据，或者在判断天线接收到的卫星信号较弱或没有时，基于内置陀螺仪的传感数据以及车辆的实时车速信息，采用陀螺仪惯性算法计算系统的当前位置作为实时定位数据。
8.根据权利要求7所述的GPS导航系统的定位精度测试方法，其特征在于，所述GPS模块在判断天线接收到足够多的卫星信号时，根据GPS天线接收到的卫星信号，采用GPS定位算法计算系统的当前位置作为实时定位数据的步骤，其具体为：
GPS模块在判断天线接收到4颗以上GPS卫星的卫星信号时，根据这些卫星信号到达被测GPS导航系统的时间，基于GPS定位算法，构建方程组，求解获得被测GPS导航系统的x、y、z坐标和钟差，进而获得系统的当前位置作为实时定位数据。
9.根据权利要求7所述的GPS导航系统的定位精度测试方法，其特征在于，所述在判断天线接收到的卫星信号较弱或没有时，基于内置陀螺仪的传感数据，采用陀螺仪惯性算法计算系统的当前位置作为实时定位数据的步骤，其具体为：
在判断天线接收到小于4颗GPS卫星的卫星信号时，基于内置陀螺仪的传感数据，计算获得GPS导航系统的实时运动姿态，并获取车辆的实时车速信息后进行积分计算获得车辆的位移，同时获得GPS天线关闭时的最后位置，两者结合计算获得系统的当前位置作为实时定位数据。
10.根据权利要求6所述的GPS导航系统的定位精度测试方法，其特征在于，所述主控制器接收GPS模块的实时定位数据，进而计算获得系统的定位精度的步骤，其具体为：
主控制器接收GPS模块的实时定位数据并保存到存储卡中，同时根据接收的实时定位数据生成导航轨迹后，与车辆的实际行驶轨迹比对后，计算获得系统的定位精度。
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