CN110967010B - 用于基于卫星导航与惯性导航的无盲区车辆定位系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于基于卫星导航与惯性导航的无盲区车辆定位系统的方法，包括如下步骤：主控单元读取卫星导航数据，如果未读取到卫星导航数据及如果读取到卫星导航数据但卫星导航信号强度不足，主控单元读取上一次发送到车辆管理平台服务器的卫星导航数据和惯性导航数据并采用卫星导航和惯性导航融合算法获取车辆当前位置信息并通过gprs将当前车辆位置信息发送到车辆管理平台服务器；该方法使得在卫星导航盲区仍然能无缝定位到车辆，可完全避免车辆丢失。

Description

用于基于卫星导航与惯性导航的无盲区车辆定位系统的方法
技术领域
本发明涉及车辆定位领域，特别涉及一种用于基于卫星导航与惯性导航的无盲区车辆定位系统的方法。
背景技术
随着社会的进步和科技的发展，人们的出行方式越来越多样化，不仅可以开私家车、乘坐公交车，人们还可以选择租车，使用共享汽车等等方式，然而汽车出租商和汽车共享平台均会在车辆上安装定位器，以防车辆丢失，造成财产损失，但现有的定位器仅仅为卫星导航，在某些位置信号弱或无信号，此时汽车出租商或汽车共享平台将无法定位到汽车，还是无法完全避免车辆丢失的情况。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于卫星导航与惯性导航的无盲区车辆定位系统，在卫星导航盲区仍然能无缝定位到车辆，可完全避免车辆丢失；本发明还提供一种用于基于卫星导航与惯性导航的无盲区车辆定位系统的方法。
本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：
基于卫星导航与惯性导航的无盲区车辆定位系统，包括主控单元、惯性导航、卫星导航、gprs和储存器，所述惯性导航、卫星导航、gprs、储存器分别与主控单元相连；
所述主控单元：用于读取卫星导航数据，当主控单元未读取到卫星导航数据或读取到的卫星导航数据中卫星导航信号强度不足时，主控单元从惯性导航和上一次发送到车辆管理平台服务器的卫星导航数据读取车辆加速度、角速度和速度，并根据加速度、角速度和速度计算获得车辆当前位置信息，将车辆当前位置信息存储并通过gprs将车辆当前位置信息发送到车辆管理平台服务器，主控单元读取到的卫星导航数据中卫星导航信号强度足够时，主控单元从惯性导航和卫星导航数据中读取车辆速度和加速度并判断卫星导航信号是否有效，如果有效主控单元储存卫星导航数据并通过gprs将卫星导航数据发送到车辆管理平台服务器；
所述惯性导航：用于提供车辆加速度和角速度；
所述卫星导航：用于提供车辆速度；
所述gprs：用于向车辆管理平台服务器发送车辆当前位置信息和卫星导航数据；
所述储存器：储存车辆当前位置信息和卫星导航数据。
进一步，所述卫星导航为GPS、北斗导航卫星定位系统、全球导航卫星系统或伽利略卫星定位系统。
进一步，所述惯性导航为MPU6050，所述主控单元为AIR900。
本发明的目的之二是通过以下技术方案实现的：
用于上述基于卫星导航与惯性导航的无盲区车辆定位系统中的方法，包括如下步骤：
(1)主控单元、惯性导航和卫星导航分别初始化；
(2)主控单元先等待然后读取卫星导航数据，如果未读取到卫星导航数据则进入步骤(3)，如果读取到卫星导航数据则根据卫星导航数据中的卫星导航信号强度标志位判断卫星导航信号强度是否足够，如果卫星导航信号强度不足则进入步骤(3)，如果卫星导航信号强度足够则进入步骤(4)；
(3)主控单元读取上一次发送到车辆管理平台服务器的卫星导航数据和惯性导航数据并采用卫星导航和惯性导航融合算法获取车辆当前位置信息，主控单元存储当前车辆位置信息并通过gprs将当前车辆位置信息发送到车辆管理平台服务器；
所述卫星导航和惯性导航融合算法包括如下步骤：
a主控单元读取上一次发送到车辆管理平台服务器的卫星导航数据，并从卫星导航数据中获取速度v0和航向角α0；
b主控单元按间隔时间TΔ读取惯性导航中车辆运动加速度ai，i＝0,1,2…,n，TΔ＝时间段T/i；
c根据离散积分公式得时间段T内车辆速度的增量
d当前车速V的模值为V＝v0+VΔ
e主控单元读取惯性导航中的DMP并直接输出四元数
f求航向角YAW
YAW为航向角并记为αΔ
从而可得车速V的方向为α＝α0+αΔ
g通过航向角确定东北天坐标系与当前车辆坐标系的投影关系，从而解算出当前车辆运动在经纬度方向上的路径增量，将当前的增量与上一次的位置数据相叠加，得出当前车辆的位置信息；
(4)主控单元读取卫星导航和惯性导航数据并采用静态漂移修正算法判断卫星导航信号是否有效，如果有效进入步骤(5)，如果无效则进入步骤(2)；
所述静态漂移修正算法包括如下步骤：
主控单元读取卫星导航和惯性导航数据，并根据从卫星导航数据中获得的速度信息判断车辆是否停止运动，若车辆未停止运动，卫星导航信号有效，若车辆停止运动则保存当前卫星导航数据中的运动速度与惯性导航解算的加速度，并分别与下一次读取到的运动速度和加速度做差，记为TΔ时间内的速度差vΔ与加速度差aΔ，若vΔ近似为0，aΔ近似为0，则认为没有出现漂移，卫星导航信号有效；若vΔ不近似为0，但aΔ近似为0，则当前定位数据出现了漂移，卫星导航信号无效；
(5)主控单元储存卫星导航数据并通过gprs将卫星导航数据发送到车辆管理平台服务器。
进一步，所述卫星导航为GPS、北斗导航卫星定位系统、全球导航卫星系统或伽利略卫星定位系统。
进一步，所述惯性导航为MPU6050，所述主控单元为AIR900。
本发明的有益效果是：
本发明的基于卫星导航与惯性导航的无盲区车辆定位系统，在卫星导航信号丢失或强度弱时，由惯性导航定位，可完全避免车辆丢失，该系统还能避免卫星定位数据漂移引起的定位误差，从而能提高车辆定位精度，本发明用于无盲区车辆定位系统的方法步骤实现容易。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明系统原理图。
图2为本发明方法流程图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
如图1所示，基于卫星导航与惯性导航的无盲区车辆定位系统，包括主控单元、惯性导航、卫星导航、gprs和储存器，惯性导航、卫星导航、gprs、储存器分别与主控单元相连；
主控单元：用于读取卫星导航数据，当主控单元未读取到卫星导航数据或读取到的卫星导航数据中卫星导航信号强度不足时，主控单元从惯性导航和上一次发送到车辆管理平台服务器的卫星导航数据读取车辆加速度、角速度和速度，并根据加速度、角速度和速度计算获得车辆当前位置信息，将车辆当前位置信息存储并通过gprs将车辆当前位置信息发送到车辆管理平台服务器，主控单元读取到的卫星导航数据中卫星导航信号强度足够时，主控单元从惯性导航和卫星导航数据中读取车辆速度和加速度并判断卫星导航信号是否有效，如果有效主控单元储存卫星导航数据并通过gprs将卫星导航数据发送到车辆管理平台服务器；
惯性导航：用于提供车辆加速度和角速度；
卫星导航：用于提供车辆速度；
gprs：用于向车辆管理平台服务器发送车辆当前位置信息和卫星导航数据；
储存器：储存车辆当前位置信息和卫星导航数据。
卫星导航为GPS、北斗导航卫星定位系统、全球导航卫星系统或伽利略卫星定位系统。
惯性导航为MPU6050，主控单元为AIR900。
AIR900有丰富的外围接口，支持UART、SPI、I2C等各种接口，可支持最多22个GPIO，并支持ADC，音频输入和输出功能，具有23.8mm×14.8mm×2.3mm的超小尺寸，适用于各类需要定位的物联网产品。
MPU6050是全球首个6轴运动处理传感器。它集成了3轴MEMS陀螺仪，3轴MEMS加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器DMP，可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器，比如磁力计。在扩展之后就可以通过其I2C或SPI接口数字输出9轴的旋转矩阵、四元数、欧拉角格式的融合演算数据。
用于上述基于卫星导航与惯性导航的无盲区车辆定位系统的方法，包括如下步骤：
(1)主控单元、惯性导航和卫星导航分别初始化；
(2)主控单元先等待然后读取卫星导航数据，如果未读取到卫星导航数据则进入步骤(3)，如果读取到卫星导航数据则根据卫星导航数据中的卫星导航信号强度标志位判断卫星导航信号强度是否足够，如果卫星导航信号强度不足则进入步骤(3)，如果卫星导航信号强度足够则进入步骤(4)；
(3)主控单元读取上一次发送到车辆管理平台服务器的卫星导航数据和惯性导航数据并采用卫星导航和惯性导航融合算法获取车辆当前位置信息，主控单元存储当前车辆位置信息并通过gprs将当前车辆位置信息发送到车辆管理平台服务器；
卫星导航和惯性导航融合算法包括如下步骤：
a主控单元读取上一次发送到车辆管理平台服务器的卫星导航数据，并从卫星导航数据中获取速度v0和航向角α0；
b主控单元按间隔时间TΔ读取惯性导航中车辆运动加速度ai，i＝0,1,2…,n，TΔ＝时间段T/i；
c根据离散积分公式得时间段T内车辆速度的增量
d当前车速V的模值为V＝v0+VΔ
e主控单元读取惯性导航中的DMP并直接输出四元数
f求航向角YAW
YAW为航向角并记为αΔ
从而可得车速V的方向为α＝α0+αΔ
g通过航向角确定东北天坐标系与当前车辆坐标系的投影关系，从而解算出当前车辆运动在经纬度方向上的路径增量，将当前的增量与上一次的位置数据相叠加，得出当前车辆的位置信息；
(4)主控单元读取卫星导航和惯性导航数据并采用静态漂移修正算法判断卫星导航信号是否有效，如果有效进入步骤(5)，如果无效则进入步骤(2)；
由于卫星定位原理而产生的静态漂移问题，在车辆停止时会造成较大的误差，严重影响车辆定位与运动轨迹追踪精度，故在本系统中采用卫星导航与惯性导航相融合的静态漂移修正方式修正；
静态漂移修正算法包括如下步骤：
主控单元读取卫星导航和惯性导航数据，并根据从卫星导航数据中获得的速度信息判断车辆是否停止运动，若车辆未停止运动，卫星导航信号有效，若车辆停止运动则保存当前卫星导航数据中的运动速度与惯性导航解算的加速度，并分别与下一次读取到的运动速度和加速度做差，记为TΔ时间内的速度差vΔ与加速度差aΔ，若vΔ近似为0，aΔ近似为0，则认为没有出现漂移，卫星导航信号有效；若vΔ不近似为0，但aΔ近似为0，则当前定位数据出现了漂移，卫星导航信号无效；
(5)主控单元储存卫星导航数据并通过gprs将卫星导航数据发送到车辆管理平台服务器。
卫星导航为GPS、北斗导航卫星定位系统、全球导航卫星系统或伽利略卫星定位系统。
惯性导航为MPU6050，所述主控单元为AIR900。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.用于基于卫星导航与惯性导航的无盲区车辆定位系统的方法，其特征在于：其中，基于卫星导航与惯性导航的无盲区车辆定位系统，包括主控单元、惯性导航、卫星导航、gprs和储存器，所述惯性导航、卫星导航、gprs、储存器分别与主控单元相连；
所述主控单元：用于读取卫星导航数据，当主控单元未读取到卫星导航数据或读取到的卫星导航数据中卫星导航信号强度不足时，主控单元从惯性导航和上一次发送到车辆管理平台服务器的卫星导航数据读取车辆加速度、角速度和速度，并根据加速度、角速度和速度计算获得车辆当前位置信息，将车辆当前位置信息存储并通过gprs将车辆当前位置信息发送到车辆管理平台服务器，主控单元读取到的卫星导航数据中卫星导航信号强度足够时，主控单元从惯性导航和卫星导航数据中读取车辆速度和加速度并判断卫星导航信号是否有效，如果有效主控单元储存卫星导航数据并通过gprs将卫星导航数据发送到车辆管理平台服务器；
所述惯性导航：用于提供车辆加速度和角速度；
所述卫星导航：用于提供车辆速度；
所述gprs：用于向车辆管理平台服务器发送车辆当前位置信息和卫星导航数据；
所述储存器：储存车辆当前位置信息和卫星导航数据；
包括如下步骤：
(1)主控单元、惯性导航和卫星导航分别初始化；
(2)主控单元先等待然后读取卫星导航数据，如果未读取到卫星导航数据则进入步骤(3)，如果读取到卫星导航数据则根据卫星导航数据中的卫星导航信号强度标志位判断卫星导航信号强度是否足够，如果卫星导航信号强度不足则进入步骤(3)，如果卫星导航信号强度足够则进入步骤(4)；
(3)主控单元读取上一次发送到车辆管理平台服务器的卫星导航数据和惯性导航数据并采用卫星导航和惯性导航融合算法获取车辆当前位置信息，主控单元存储当前车辆位置信息并通过gprs将当前车辆位置信息发送到车辆管理平台服务器；
所述卫星导航和惯性导航融合算法包括如下步骤：
a主控单元读取上一次发送到车辆管理平台服务器的卫星导航数据，并从卫星导航数据中获取速度v0和航向角α0；
b主控单元按间隔时间TΔ读取惯性导航中车辆运动加速度ai，i＝0,1,2…,n，TΔ＝时间段T/i；
c根据离散积分公式得时间段T内车辆速度的增量
d当前车速V的模值为V＝v0+VΔ
e主控单元读取惯性导航中的DMP并直接输出四元数
f求航向角YAW
YAW为航向角并记为αΔ
从而可得车速V的方向为α＝α0+αΔ
g通过航向角确定东北天坐标系与当前车辆坐标系的投影关系，从而解算出当前车辆运动在经纬度方向上的路径增量，将当前的增量与上一次的位置数据相叠加，得出当前车辆的位置信息；
(4)主控单元读取卫星导航和惯性导航数据并采用静态漂移修正算法判断卫星导航信号是否有效，如果有效进入步骤(5)，如果无效则进入步骤(2)；
所述静态漂移修正算法包括如下步骤：
主控单元读取卫星导航和惯性导航数据，并根据从卫星导航数据中获得的速度信息判断车辆是否停止运动，若车辆未停止运动，卫星导航信号有效，若车辆停止运动则保存当前卫星导航数据中的运动速度与惯性导航解算的加速度，并分别与下一次读取到的运动速度和加速度做差，记为TΔ时间内的速度差vΔ与加速度差aΔ，若vΔ近似为0，aΔ近似为0，则认为没有出现漂移，卫星导航信号有效；若vΔ不近似为0，但aΔ近似为0，则当前定位数据出现了漂移，卫星导航信号无效；
(5)主控单元储存卫星导航数据并通过gprs将卫星导航数据发送到车辆管理平台服务器。
2.根据权利要求1所述的用于基于卫星导航与惯性导航的无盲区车辆定位系统的方法，其特征在于：所述卫星导航为GPS、北斗导航卫星定位系统、全球导航卫星系统或伽利略卫星定位系统。
3.根据权利要求1或2所述的用于基于卫星导航与惯性导航的无盲区车辆定位系统的方法，其特征在于：所述惯性导航为MPU6050，所述主控单元为AIR900。
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