CN108828639A - 一种基于北斗导航的高精度定位导航系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗导航的高精度定位导航系统，包括定位导航终端设备和地基增强系统，所述定位导航终端设备通过网络与地基增强系统相连，并且所述定位导航终端设备上安装有处理器、LCD显示器、摄像头、USB接口、航位传感器、北斗接收器和无线通信模块，所述处理器内设置有BDC/DR定位算法，并且所述处理器通过北斗接收器连接有网络，所述地基增强系统上设置有主服务平台、备用服务平台、数据通讯网络和基准站，并且所述地基增强系统通过主服务平台、备用服务平台与网络相连，所述主服务平台和备用服务平台均通过数据通讯网络与基准站相连，通过地基增强系统，改善了定位数据的准确性，还利用BDC/DR定位算法，提高了定位导航的精度。

Description

一种基于北斗导航的高精度定位导航系统
技术领域
本发明涉及北斗导航领域，具体为一种基于北斗导航的高精度定位导航系统。
背景技术
中国北斗卫星导航系统(BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统(BDS)和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。但是现有技术中，北斗导航用的高精度定位导航系统大多存在以下不足之处问题：
例如，申请号为201410681371.0，专利名称为一种高精度定位导航系统的发明专利：
其基于多参数综合处理，有效的修正和补充当前盲区定位数据，但是需要缺少较好的操作界面和通讯方式，不利于人们的使用；
但是，现有的基于北斗导航的高精度定位导航系统存在以下缺陷：
(1)普通基于北斗导航的高精度定位导航系统缺少良好的地基系统，只能够起到与北斗卫星的通讯，不能够对定位的数据进行检测，从而容易造成定位误差较大的问题；
(2)一般基于北斗导航的高精度定位导航系统缺少较好的操作界面和通讯方式，而且存在定位算法中滤波器计算量大和相互干扰的问题。
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北斗导航的高精度定位导航系统，既解决了普通定位导航系统带来的使用问题，又大大增加了定位导航系统的可使用度，增加定位导航的精度，为定位导航提供更大的方便，而且具有良好的操作界面，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：
一种基于北斗导航的高精度定位导航系统，包括定位导航终端设备和地基增强系统，所述定位导航终端设备通过网络与地基增强系统相连，并且所述定位导航终端设备上安装有处理器、LCD显示器、摄像头、USB接口、航位传感器、北斗接收器和无线通信模块，所述处理器内设置有BDC/DR定位算法，并且所述处理器通过北斗接收器连接有网络；
所述地基增强系统上设置有主服务平台、备用服务平台、数据通讯网络和基准站，并且所述地基增强系统通过主服务平台、备用服务平台与网络相连，所述主服务平台和备用服务平台均通过数据通讯网络与基准站相连。
进一步地，所述LCD显示器通过处理器以显示出定位导航的信息，所述摄像头能采集设备周围环境的信息，并输送给处理器进行数据处理。
进一步地，所述USB接口、航位传感器、北斗接收器、无线通信模块与处理器进行相互通讯。
进一步地，所述主服务平台上设置有防火墙、交换机和负载均衡设备，并且所述主服务平台通过防火墙与网络相连，所述防火墙通过交换机与负载均衡设备相连，所述负载均衡设备连接有数据通讯网络的集中专线。
进一步地，所述备用服务平台与主服务平台结构一致，并且所述备用服务平台并联放置在主服务平台的下层处。
进一步地，所述基准站上设置有若干基站，所述基站与数据通讯网络上的集中专线相连。
进一步地，所述BDC/DR定位算法的基本结构包括子滤波器和主滤波器，所述子滤波器的输入端分别与航位传感器、北斗接收器相连，并且所述子滤波器的输出端与主滤波器相连，所述主滤波器的输出端反馈于子滤波器。
进一步地，所述航位传感器采用的核心芯片为MPU9250，并且其是一个由两部分组成的九轴运动跟踪传感器，其中一部分是3轴加速度传感器和3轴陀螺仪，另一部分是AKM公司的AK8963三周磁力计。
进一步地，所述北斗接收器能够支持北斗二代和GPS的高性能集成模块，例如BD-126模块。
进一步地，所述无线通信模块能够集成WiFi、蓝牙、FM功能为一体，符合IEEE802.11b/g/n标准，例如AP6212模块，其采用44引脚QFN封装，具有低成本、低功耗、高集成度的特点，能通过该模块实现高速网页浏览，蓝牙耳机、FM收音机等应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明上设置有地基增强系统，通过地基增强系统，以提供基准数据或误差改正数据，从而获得较高精度的定位信息，从而提高了定位导航的精度；
(2)本发明的定位导航终端设备上设置有无线通信模块，方便人们获取定位导航的信息，给使用者带来很大的便利，并且采用BDC/DR定位算法，不仅减小滤波计算量，而且避免了子滤波器间误差的互相干扰，提高了空间定位精度，还具有USB接口、LCD显示器和摄像头，能够为人们提供良好的操作界面，利于人们的使用。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的北斗接收器与处理器接口示意图；
图3为本发明的航位传感器与处理器接口示意图；
图4为本发明的无线通信模块电路图；
图5为本发明的BDC/DR定位算法结构示意图。
图中标号：
1-定位导航终端设备；2-地基增强系统；3-网络；4-处理器；5-LCD显示器；6-摄像头；7-USB接口；8-航位传感器；9-北斗接收器；10-无线通信模块；11-BDC/DR定位算法；12-主服务平台；13-备用服务平台；14-数据通讯网络；15-基准站；
121-防火墙；122-交换机；123-负载均衡设备；124-集中专线；
151-基站；111-子滤波器；112-主滤波器。
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。
如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明提供了一种基于北斗导航的高精度定位导航系统，包括定位导航终端设备1和地基增强系统2，所述定位导航终端设备1通过网络3与地基增强系统2相连，并且所述定位导航终端设备1上安装有处理器4、LCD显示器5、摄像头6、USB接口7、航位传感器8、北斗接收器9和无线通信模块10，其中所述LCD显示器5通过处理器4以显示出定位导航的信息，所述摄像头6能采集设备周围环境的信息，并输送给处理器4进行数据处理，而且所述USB接口7、航位传感器8、北斗接收器9、无线通信模块10与处理器4进行相互通讯，通过USB接口7，能够方便人们使用U盘或者数据线进行收集数据，从而给使用者带来很大的便利，还具有USB接口7、LCD显示器5和摄像头6，能够为人们提供良好的操作界面，利于人们的使用；
需要补充说明的是，所述航位传感器8采用的核心芯片为MPU9250，并且其是一个由两部分组成的九轴运动跟踪传感器，其中一部分是3轴加速度传感器和3轴陀螺仪，另一部分是AKM公司的AK8963三周磁力计。采用24引脚QFN封装，拥有I2C接口，直接输出9轴全部数据，并拥有辅助I2C接口用以兼容其他传感器如压力传感器等。芯片正常工作电压VDD电压范围为2.4V-3.6V，VDDIO为辅助I2C参考电压，其电压范围为1.71V-VDD，采用SPI同步串行总线方式与A83T通信，因此片选信号nCS、串行数据输入信号SDI、串行数据输出信号SDO、串行时钟信号SCL分别接到A83T对应引脚，INT、FYNC分别为中断输出引脚和数字帧同步输入引脚，接到A83T GPIO口PC4和PC7上。
如图1和图2所示，所述北斗接收器9能够支持北斗二代和GPS的高性能集成模块，例如BD-126模块，可采用5V或3V电源供电，采用UART异步串行接口与A83T通信。
需要补充说明的是，处理器4采用采用Cortex-A7架构8核处理器A83T，能提供卓越的处理性能，但功耗却比一般四核处理器更低。主要用来采集、处理、传输和存储数据。
如图1和图4所示，所述无线通信模块10能够集成WiFi、蓝牙、FM功能为一体，符合IEEE802.11b/g/n标准，例如AP6212模块，其采用44引脚QFN封装，具有低成本、低功耗、高集成度的特点，能通过该模块实现高速网页浏览，蓝牙耳机、FM收音机等应用。无线通信模块10为WiFi提供SDIO接口，为蓝牙和FM提供UART、I2S、PCM接口。AP6212模块正常工作时需要两路电压VDDIO与VBAT分别接到PIN22和PIN9，VDDIO的工作电压范围为1.7V-3.6V，VBAT的工作电压范围为3.0V-4.8V，其中VBAT需经过10uF滤波电容然后接到PIN9。PIN2为天线引脚，连接板载陶瓷天线和外接天线IPEX接口。PIN21与PIN23连接芯片内部Buck电路，需要外接4.7uH的功率电感。PIN24接入32.768系统参考时钟，是AXP813提供的外部时钟输入。PIN14-PIN19连接处理器A83T，为WIFI控制信号，PIN25-PIN28连接AXP813，为蓝牙控制信号。PIN12和PIN34为主机唤醒引脚，连接A83T，实现通过CPU的控制信号来启用或禁用WIFI或蓝牙的功能，其中PIN12为WIFI使能控制引脚，当该引脚为高电平时，调节器被使能，WIFI功能启用，当该引脚为低电平时，WiFi功能禁用。PIN34为蓝牙使能控制引脚，当该引脚为高电平时蓝牙功能启用，当该引脚为低电平时，蓝牙功能禁用。
如图1和图5所示，所述处理器4内设置有BDC/DR定位算法11，并且所述处理器4通过北斗接收器9连接有网络3，其中所述BDC/DR定位算法11的基本结构包括子滤波器111和主滤波器112，所述子滤波器111的输入端分别与航位传感器8、北斗接收器9相连，并且所述子滤波器111的输出端与主滤波器112相连，所述主滤波器112的输出端反馈于子滤波器111，通过子滤波器111和主滤波器112，提高数据的准确性，从而改善了定位导航的精度性；
具体系统模型与滤波器如下：作为外部观测量，可以建立BDC离散数学模型：
系统方程：X1(k)＝φ1(k/k-1)X1(k-1)+U1(k-1)
观测方程：Z1(k)＝H1(k)X1(k)+V1(k)
式中，Φ1(k/k-1)为系统状态转移矩阵；U1(k-1)为系统噪声；Z1(k)为BDC系统观测量；H1(k)为系统观测矩阵；V1(k)为系统观测噪声。
作为DR子系统的外部观测量，构造离散数学模型如下：
系统方程：X2(k)＝φ2(k/k-1)X2(k-1)+U2(k-1)
观测方程：Z2(k)＝h2[k,X2(k)]+V2(k)
式中，Z2(k)为DR系统观测量；h2[k，X2(k)]为系统观测矩阵；V2(k)为系统观测噪声。
将子滤波器的状态估计矢量、系统协方差阵、状态矢量协方差阵分别记为Xi，Qi，Pi(其中i＝1，2)；全局融合的滤波器的状态估计矢量、系统协方差阵、状态矢量协方差阵分别记为X，Q，P；则可按照如下规则来进行滤波器的信息融合与分配
式中，β1，β2是信息分配系数，且满足β1+β2＝1。
该BDC/DR定位算法11不仅减小滤波计算量，而且避免了子滤波器111间误差的互相干扰，提高了空间定位精度。
如图1所示，所述地基增强系统2上设置有主服务平台12、备用服务平台13、数据通讯网络14和基准站15，并且所述地基增强系统2通过主服务平台12、备用服务平台13与网络3相连，所述主服务平台12和备用服务平台13均通过数据通讯网络14与基准站15相连，其中所述主服务平台12上设置有防火墙121、交换机122和负载均衡设备123，并且所述主服务平台12通过防火墙121与网络3相连，所述防火墙121通过交换机122与负载均衡设备123相连，所述负载均衡设备123连接有数据通讯网络14的集中专线124，而且所述备用服务平台13与主服务平台12结构一致，并且所述备用服务平台13并联放置在主服务平台12的下层处，还所述基准站15上设置有若干基站151，所述基站151与数据通讯网络14上的集中专线124相连，通过地基增强系统2，卫星定位终端与地基增强系统2进行通讯，接收卫星地基增强系统2的基准数据或误差改正数据，并结合卫星观测数据进行计算，从而获得较高精度的定位信息，从而提高了定位导航的精度。
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 (10)

1.一种基于北斗导航的高精度定位导航系统，包括定位导航终端设备(1)和地基增强系统(2)，其特征在于：所述定位导航终端设备(1)通过网络(3)与地基增强系统(2)相连，并且所述定位导航终端设备(1)上安装有处理器(4)、LCD显示器(5)、摄像头(6)、USB接口(7)、航位传感器(8)、北斗接收器(9)和无线通信模块(10)，所述处理器(4)内设置有BDC/DR定位算法(11)，并且所述处理器(4)通过北斗接收器(9)连接有网络(3)；
所述地基增强系统(2)上设置有主服务平台(12)、备用服务平台(13)、数据通讯网络(14)和基准站(15)，并且所述地基增强系统(2)通过主服务平台(12)、备用服务平台(13)与网络(3)相连，所述主服务平台(12)和备用服务平台(13)均通过数据通讯网络(14)与基准站(15)相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗导航的高精度定位导航系统，其特征在于：所述LCD显示器(5)通过处理器(4)以显示出定位导航的信息，所述摄像头(6)能采集设备周围环境的信息，并输送给处理器(4)进行数据处理。
3.根据权利要求1所述的一种基于北斗导航的高精度定位导航系统，其特征在于：所述USB接口(7)、航位传感器(8)、北斗接收器(9)、无线通信模块(10)与处理器(4)进行相互通讯。
4.根据权利要求1所述的一种基于北斗导航的高精度定位导航系统，其特征在于：所述主服务平台(12)上设置有防火墙(121)、交换机(122)和负载均衡设备(123)，并且所述主服务平台(12)通过防火墙(121)与网络(3)相连，所述防火墙(121)通过交换机(122)与负载均衡设备(123)相连，所述负载均衡设备(123)连接有数据通讯网络(14)的集中专线(124)。
5.根据权利要求1所述的一种基于北斗导航的高精度定位导航系统，其特征在于：所述备用服务平台(13)与主服务平台(12)结构一致，并且所述备用服务平台(13)并联放置在主服务平台(12)的下层处。
6.根据权利要求1所述的一种基于北斗导航的高精度定位导航系统，其特征在于：所述基准站(15)上设置有若干基站(151)，所述基站(151)与数据通讯网络(14)上的集中专线(124)相连。
7.根据权利要求1所述的一种基于北斗导航的高精度定位导航系统，其特征在于：所述BDC/DR定位算法(11)的基本结构包括子滤波器(111)和主滤波器(112)，所述子滤波器(111)的输入端分别与航位传感器(8)、北斗接收器(9)相连，并且所述子滤波器(111)的输出端与主滤波器(112)相连，所述主滤波器(112)的输出端反馈于子滤波器(111)。
8.根据权利要求1所述的一种基于北斗导航的高精度定位导航系统，其特征在于：所述航位传感器(8)采用的核心芯片为MPU9250，并且其是一个由两部分组成的九轴运动跟踪传感器，其中一部分是3轴加速度传感器和3轴陀螺仪，另一部分是AKM公司的AK8963三周磁力计。
9.根据权利要求1所述的一种基于北斗导航的高精度定位导航系统，其特征在于：所述北斗接收器(9)能够支持北斗二代和GPS的高性能集成模块，例如BD-126模块。
10.根据权利要求1所述的一种基于北斗导航的高精度定位导航系统，其特征在于：所述无线通信模块(10)能够集成WiFi、蓝牙、FM功能为一体，符合IEEE802.11b/g/n标准，例如AP6212模块，其采用44引脚QFN封装，具有低成本、低功耗、高集成度的特点，能通过该模块实现高速网页浏览，蓝牙耳机、FM收音机等应用。
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