CN107525506A - 一种基于导航组合模式的汽车联程导航系统 - Google Patents

一种基于导航组合模式的汽车联程导航系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于导航组合模式的汽车联程导航系统，包括GPS接收机和惯性导航系统，所述GPS接收机的输入端接收GPS信号，所述GPS接收机的输出端通过组合导航算法与校正模块相连接，所述校正模块的输出端通过惯性导航系统将信号反馈到GPS接收机内部，所述GPS接收机包括微处理器和天线控制单元，所述微处理器的输出端连接有多路信号波道，所述微处理器的数据端与数据存储器相连接，采用卡尔曼滤波的组合导航算法，利用卫星导航数据和SIND导航数据形成组合导航系统的输出，通过校正模块反复对导航反馈数据进行处理，利用算法计算出最优路径，并且根据GPS位置速度信号提供周围多点的路径距离，成本相对较低。

Description

一种基于导航组合模式的汽车联程导航系统
技术领域
本发明涉及汽车联程导航系统技术领域，具体为一种基于导航组合模式的汽车联程导航系统。
背景技术
近几年，由于人们生活水平的提高和高新科技的迅猛发展，人们的生活已经和城市道路交通情况密不可分，其中汽车的产生及发展已经为人们的生活条件改善做出了巨大贡献，但是伴随而来的诸多问题也给城市建设和发展带来了阻碍，例如交通拥堵、污染严重、能源锐减、交通事故频发等，这些问题严重影响人们的生活质量。通过改善交通资源利用率、缓解道路拥挤的关键策略是优先发展城市交通。地铁、轻轨被视为解决密集型公共交通的关键手段，但是，系统效率将大大降低，运营成本过高，难以完全解决城市交通问题：
(1)目前的汽车导航系统采用捷联式惯性导航系统(SISN)，SISN的的数据输出宽带可达到50Mhz以上，但是在完成对准后的单独工作数小时而满足导航精度要求的纯惯性导航系统的成本却很高，因此纯的SISN的导航误差会随时间延长而积累，导致导航路径不精确；
(2)现有的最优路径的算法在国内研究的较少，其车辆导航的路线规划不够细致等问题我们必须设计并开发出存储量小，效率高的算法，该算法将大大改善导航系统应用范围。由于在采集道路信息时都缺乏有效的方法和途径，造成现有系统不完善，不能够对实时的交通路况作出判断和处理。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种基于导航组合模式的汽车联程导航系统，采用卡尔曼滤波的组合导航算法，利用卫星导航数据和S I ND导航数据形成组合导航系统的输出，通过校正模块反复对导航反馈数据进行处理，利用算法计算出最优路径，并且根据GPS位置速度信号提供周围多点的路径距离，成本相对较低，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于导航组合模式的汽车联程导航系统，包括GPS接收机和惯性导航系统，所述GPS接收机的输入端接收GPS信号，所述GPS接收机的输出端通过组合导航算法与校正模块相连接，所述校正模块的输出端通过惯性导航系统将信号反馈到GPS接收机内部，所述GPS接收机包括微处理器和天线控制单元，所述微处理器的输出端连接有多路信号波道，所述微处理器的数据端与数据存储器相连接，所述微处理器的数据端口连接有外设接口，所述外设接口通过控制线与移动设备相连接，所述多路信号波道接收来自天线控制单元的无线信号，所述天线控制单元包括前置放大器和频率变换器，所述前置放大器的输出端通过频率变换器与多路信号波道相连接。
作为本发明一种优选的技术方案，所述频率变换器的输入端连接有频率合成器，所述频率合成器的输入端接收表标频器的频率信号，所述频率合成器的输出端还通过控制线与多路信号波道相连接。
作为本发明一种优选的技术方案，所述频率合成器的电源端与供电模块相连接，所述供电模块的输出端连接到微处理器的电源端。
作为本发明一种优选的技术方案，所述微处理器的输出端还通过控制线与显控器相连接。
作为本发明一种优选的技术方案，所述惯性导航系统包括SISN导航算法模块，所述SISN导航算法模块的输入端接收MEMS陀螺仪和加速度计的观测信号，所述SISN导航算法模块的输出端通过乘法器与组合滤波器相连接。
作为本发明一种优选的技术方案，所述乘法器的输入端还接收GPS的位置、速度信号。
作为本发明一种优选的技术方案，所述组合滤波器的输出端通过反馈信号线与SISN导航算法模块的输入端相连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明采用卡尔曼滤波的组合导航算法利用卫星导航数据和SINS导航数据形成组合导航系统的输出，中间的校正量可以反馈给卫星接收机和SISN导航算法模块，组合导航算法的处理芯片即可安装在也可安装在接收机中，并且采用将GPS和惯性系统组合起来，组成INS/GPS导航系统。而实现组合导航系统之间数据融合的方法种类繁多，其中卡尔曼滤波是现在最常用的方法。它把两种导航产生的定位偏差值，运用滤波算法估计出系统的各种偏差，把估计出偏差状态反馈给系统进行纠正偏差，达到算法融合目的；
(2)本发明采用导航组合模式将GPS和惯性导航输出的位置和速度信息的差值做为量测值，通过卡尔曼滤波进行系统误差估计，通过其估计值反馈给系统消除偏差，其该综合模式的算法简单，易于应用，同时两个导航系统分幵独立工作，使系统采集数据稳定性更好。
(3)本发明采用微处理器作为GPS导航系统的核心模板，接收天线获取的卫星信号，经过变频、放大、滤波、相关、混频等一系列处理，可以实现对天线视界内卫星的跟踪、锁定和测量，在获取了卫星的位置信息和测算出卫星信号传播时间之后，即可计算出天线位置，处理信号速率较快，实用性强。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的GPS接收机接收系统结构示意图；
图3为本发明的惯性导航系统结构示意图。
图中：1-GPS接收机；2-惯性导航系统；3-组合导航算法；4-校正模块；5-天线控制单元；6-微处理器；7-数据存储器；8-多路信号波道；9-显控器；10-外设接口；11-移动设备；12-供电模块；13-标频器；14-频率合成器；15-频率变换器；16-前置放大器；17-MEMS陀螺仪；18-加速度计；19-SISN导航算法模块；20-组合滤波器；21-乘法器；22-组合滤波器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「中」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向和位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
实施例：
如图1至图3所示，本发明提供了一种基于导航组合模式的汽车联程导航系统，包括GPS接收机1和惯性导航系统2，所述GPS接收机1的输入端接收GPS信号，所述GPS接收机1的输出端通过组合导航算法3与校正模块4相连接，所述校正模块4的输出端通过惯性导航系统2将信号反馈到GPS接收机1内部，所述GPS接收机1包括微处理器6和天线控制单元5，所述微处理器6的输出端连接有多路信号波道8，所述微处理器6的数据端与数据存储器7相连接，利用微处理器6对GPS接收机1接收到的数据的进行截取，就是当接收到一帧完整的定位语句起始标志为“GPRAM”的定位语句时，必须对定位语句进行分段截取，以获得确切的经、炜度、行车速度以及时间等信息，由于接收到的数据均以分隔符“，”的形式存储，可通过查找分隔符的位置对数据进行按位分段截取，利用接收协议实现了对定位信息的采集以及处理，所述微处理器6的数据端口连接有外设接口10，所述微处理器6的输出端还通过控制线与显控器9相连接，通过微处理器6将GPS的数据采集到显控器9上，并根据设定的频率来接受定位数据，以实现车载定位导航系统中数据的实时显示；
所述外设接口10通过控制线与移动设备11相连接，移动设备11主要功能是对采集数据的显示和管理，完成操作员对数据参数和现场设备输出信息的直接监控，进而实现人机交互界面，所述多路信号波道8接收来自天线控制单元5的无线信号，所述天线控制单元5包括前置放大器16和频率变换器15，所述前置放大器16的输出端通过频率变换器15与多路信号波道8相连接，所述频率变换器15的输入端连接有频率合成器14，所述频率合成器14的输入端接收表标频器13的频率信号，所述频率合成器14的输出端还通过控制线与多路信号波道8相连接，所述频率合成器14的电源端与供电模块12相连接，所述供电模块12的输出端连接到微处理器6的电源端。
所述惯性导航系统2包括SISN导航算法模块19，所述SISN导航算法模块19的输入端接收MEMS陀螺仪17和加速度计18的观测信号，所述SISN导航算法模块19的输出端通过乘法器21与组合滤波器22相连接，所述乘法器21的输入端还接收GPS的位置、速度信号，所述组合滤波器20的输出端通过反馈信号线与SISN导航算法模块19的输入端相连接，所述数据采集主要利用GPS进行实地采集，自动记录下车辆行驶的路线，通过同步数据处理和检核程序，建立局部导航电子地图，而且可以同时采集道路属性数据和道路附属地物属性数据，并将采集的路径信息作为下一步执行机构的相应控制的数据基础，并进行了局部数据库的建立和采集，改善采集路径的算法，提供了最优化路径。
综上所述，本发明的主要特点在于：
(1)本发明采用卡尔曼滤波的组合导航算法利用卫星导航数据和SINS导航数据形成组合导航系统的输出，中间的校正量可以反馈给卫星接收机和SISN导航算法模块，组合导航算法的处理芯片即可安装在也可安装在接收机中，并且采用将GPS和惯性系统组合起来，组成INS/GPS导航系统。而实现组合导航系统之间数据融合的方法种类繁多，其中卡尔曼滤波是现在最常用的方法。它把两种导航产生的定位偏差值，运用滤波算法估计出系统的各种偏差，把估计出偏差状态反馈给系统进行纠正偏差，达到算法融合目的；
(2)本发明采用导航组合模式将GPS和惯性导航输出的位置和速度信息的差值做为量测值，通过卡尔曼滤波进行系统误差估计，通过其估计值反馈给系统消除偏差，其该综合模式的算法简单，易于应用，同时两个导航系统分幵独立工作，使系统采集数据稳定性更好。
(3)本发明采用微处理器作为GPS导航系统的核心模板，接收天线获取的卫星信号，经过变频、放大、滤波、相关、混频等一系列处理，可以实现对天线视界内卫星的跟踪、锁定和测量，在获取了卫星的位置信息和测算出卫星信号传播时间之后，即可计算出天线位置，处理信号速率较快，实用性强。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种基于导航组合模式的汽车联程导航系统，其特征在于：包括GPS接收机(1)和惯性导航系统(2)，所述GPS接收机(1)的输入端接收GPS信号，所述GPS接收机(1)的输出端通过组合导航算法(3)与校正模块(4)相连接，所述校正模块(4)的输出端通过惯性导航系统(2)将信号反馈到GPS接收机(1)内部，所述GPS接收机(1)包括微处理器(6)和天线控制单元(5)，所述微处理器(6)的输出端连接有多路信号波道(8)，所述微处理器(6)的数据端与数据存储器(7)相连接，所述微处理器(6)的数据端口连接有外设接口(10)，所述外设接口(10)通过控制线与移动设备(11)相连接，所述多路信号波道(8)接收来自天线控制单元(5)的无线信号，所述天线控制单元(5)包括前置放大器(16)和频率变换器(15)，所述前置放大器(16)的输出端通过频率变换器(15)与多路信号波道(8)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于导航组合模式的汽车联程导航系统，其特征在于：所述频率变换器(15)的输入端连接有频率合成器(14)，所述频率合成器(14)的输入端接收标频器(13)的频率信号，所述频率合成器(14)的输出端还通过控制线与多路信号波道(8)相连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于导航组合模式的汽车联程导航系统，其特征在于：所述频率合成器(14)的电源端与供电模块(12)相连接，所述供电模块(12)的输出端连接到微处理器(6)的电源端。
4.根据权利要求1所述的一种基于导航组合模式的汽车联程导航系统，其特征在于：所述微处理器(6)的输出端还通过控制线与显控器(9)相连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于导航组合模式的汽车联程导航系统，其特征在于：所述惯性导航系统(2)包括SISN导航算法模块(19)，所述SISN导航算法模块(19)的输入端接收MEMS陀螺仪(17)和加速度计(18)的观测信号，所述SISN导航算法模块(19)的输出端通过乘法器(21)与组合滤波器(22)相连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于导航组合模式的汽车联程导航系统，其特征在于：所述乘法器(21)的输入端还接收GPS的位置、速度信号。
7.根据权利要求5所述的一种基于导航组合模式的汽车联程导航系统，其特征在于：所述组合滤波器(20)的输出端通过反馈信号线与SISN导航算法模块(19)的输入端相连接。
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