CN201145578Y - 嵌入式车载组合导航仪 - Google Patents

Abstract

嵌入式车载组合导航仪，涉及车辆定位技术、地理信息系统技术、计算机技术、网络技术及通信技术构成的车辆辅助驾驶系统，属汽车辅助驾驶智能电子设备领域。包括GPS定位模块、无线数据通信模块、主控制器CPU模块、音/视频输出模块、计算机通信接口、输入/输出接口以及DR定位模块，其特征是主控制器CPU模块是嵌入式处理器CPU通过串行口与GPS定位模块、DR定位模块、无线数据通信模块连接，通过局域总线与存储模块、路径导航模块、通信接口、输入/输出接口、CPLD连接，控制并且利用联合卡尔曼滤波器对GPS定位模块、DR定位模块的定位系统数据进行处理。能够获得高精度经、纬度数据显示、高精度无盲区的车辆定位功能及兼娱乐、通信、记录、报警等功能。

Description

嵌入式车载组合导航仪

技术领域

嵌入式车载组合导航仪是应用车辆定位技术、地理信息系统技术、计算机技术、网络技术及现代通信技术综合构成的车辆辅助驾驶系统，是城市交通诱导系统的四大组成部分之一，属于汽车辅助驾驶的智能电子设备领域。

背景技术

车辆导航定位系统是进入九十年代以后迅猛发展的一项技术。近年来，随着城市中车辆数量的日益增多，如何在城市里有效地指挥、管理公共服务车辆和一些特种车辆，已经成为交通运输部门和城市规划部门面临地一个重要的课题。因此车辆导航系统更加受到人们的关注。车辆导航定位系统有自主式、非自主式和组合式三种。自主式车辆导航定位系统是利用了导航的惯导原理，使用陀螺、里程仪等传感器测量车辆的位移和航向信息，由此解算出车辆的位置。DR(DeadReckoning航位推算)是自主式导航定位系统中的典型代表。非自主式车辆导航定位系统主要以GPS(Global Positioning System)或差分GPS作为定位手段。组合式车辆导航定位系统则是前两种导航方式的结合。

就陆地车辆导航而言，GPS定位导航系统能够全天候、连续实时地提供高精度的三维位置和速度信息，但是当车辆行驶在高楼林立的市区时，由于GPS卫星信号经常受到遮挡，有些情况下通过GPS系统实现连续准确的定位是不可能的。而车辆航位推算导航系统(DR)是一种自主式的车辆导航系统，它短时间内精度高，但是导航误差随时间积累而增加。因此这两种导航方式都有其优缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的就是利用组合导航技术把上述两种导航系统结合起来，构成GPS/DR组合导航系统，利用其各自的优点，互相取长补短，能够获得优于任何单独一种导航系统的精度和可靠性，确保移动车辆在丢失卫星信号时仍能有效的确定车辆所在的位置。其原理是利用GPS精确定位结果辅助航位推算系统DR的初始化，给出准确的初始位置，同时对航位推算系统DR的位置误差进行自主校正，减小误差积累。当GPS无法定位或定位误差太大时，切换至航位推算系统DR，短时间内校正GPS信息，直至GPS定位恢复正常后，再切换至GPS定位系统进行精确定位。更具体地讲本实用新型的技术解决方案是这样的：一种嵌入式车载组合导航仪，包括GPS定位模块1、无线数据通信模块2、主控制器CPU模块3、音/视频输出模块4、计算机通信接口5、输入/输出接口6以及DR定位模块7、其特征是主控制器CPU模块3是嵌入式处理器CPU3.1，通过串行口与GPS定位模块]、DR定位模块7、无线数据通信模块2连接，通过局域总线与存储模块8、地图匹配、路径导航模块9、计算机通信接口5、输入/输出接口6、复杂可编程逻辑器件CPLD10连接，控制并且利用联合卡尔曼滤波器对GPS定位模块1、DR定位模块7的定位系统数据进行处理。

本实用新型还具有的特征是，存储模块8设置有联合卡尔曼滤波器8.1，路径导航模块9由存储在数据存储器SDRAM中地理信息系统GIS数据库即电子地图匹配模块与路径导航算法模块构成；嵌入式处理器CPU模块3.1由双核DaVinciDM6446芯片构成以及相连接的存储模块8由数据存储器SDRAM及程序存储器FLASH构成；GPS定位模块1由GPS芯片构成、DR定位模块7由DR定位传感器和数据处理器构成能提供实时、连续的车辆位置信息和提供车辆角速度与速度信息；无线数据通信模块2由GPRS通信模块、CDMA1X通信模块或3G通信模块构成；复杂可编程逻辑器件CPLD10由Altera EPM7128S芯片构成；音/视频模块4由包括标准视频输入接口，标准视频输出接口构成；计算机通信接口5包括USB2.0，100M网口，SPI口，串口，输入/输出接口6包括提供语音控制及报警控制功能。尤其是本实用新型所具有的联合卡尔曼滤波器模块在嵌入式处理器CPU模块3.1的支持下完全能够对GPS数据和DR系统数据进行卡尔曼滤波，随后主滤波器对二者输出进行信息融合，获得整体上的最优性能。具备上述结构及模块的本实用新型有如下的积极效果。

理论分析和试验结果均表明，GPS/DR组合车辆导航系统是一个嵌入式系统架构的车载智能信息平台，不仅提高了导航系统的定位精度和可靠性，弥补了传统GPS导航的不足；而且实现导航定位、娱乐、通信、记录及报警等多种功能，同时能直观地显示当前的位置、时间、速度等信息，为用户提供准确、快捷的动态导航服务。

附图说明及实施方式

图1是本实用新型所述的嵌入式车载组合导航仪结构原理示意图；

图2是本实用新型所述的嵌入式车载组合导航仪电路设计框图示意图；

图3是本实用新型所述的联合卡尔曼滤波器模块工作示意图；

图4是本实用新型所述的嵌入式车载组合导航仪产品外观示意图。

结合附图给出实施例并作具体说明。嵌入式处理器CPU模块采用DaVinciDM6446芯片通过串口外接GPS模块，GPS模块本实施例采用TIM-LAGPS OEM板，该模块具有16路并行通道和4 Hz定位更新速率以及8192同步时-频率搜索引脚可以保证提供极快速的启动时间。GPS模块串口与扩展串口芯片ST1 6C554D相连，GPS模块发送给嵌入式处理器DaVinciDM6446芯片的数据通过串并转化后，通过数据总线发送。嵌入式处理器DaVinciDM6446芯片发送给GPS模块的数据也通过数据总线发送给ST16C554D芯片，后经过并串转化加上起始位，结束位或奇偶校验位发送给GPS模块。DR定位模块包括陀螺仪和速度计采集模块，主要采用HMC1022磁阻传感器。该传感器可以感应地磁场的变化，最小可以感测到10uGauss的磁场强度。该传感器是利用在惠更斯电桥上加上0～10V的变化电压，然后由磁感应器件感应电桥电压的变化去测磁场的变化，并将结果处理后，以模拟电压的方式输出。数据处理器采用8位单片机HT46RU232芯片，对收集到的并将处理好的数据通过串口发送给嵌入式处理器DaVinciDM6446芯片处理。GPRS模块主要负责车载系统与网管中心的相互通信。网管中心通过GPRS的数据通信功能可以对车辆进行实时的监控，并可进行地图的下载，信息的发布等等功能。本实施例GPRS通信模块采用的是西门子公司的MC55模块。该模块同时具有语音和数据传输功能。

GPS模块通过串行口向嵌入式处理器DaVinciDM6446发送定位坐标；嵌入式处理器DaVinciDM6446也可以向GPS模块发送设置命令，以控制GPS模块的状态和工作方式。车载组合导航仪通过GPS接收天线接收GPS卫星发射的定位信号送嵌入式处理器CPU处理，DR定位模块采集陆基车辆在行驶过程中的车载陀螺及里程仪的角速率和速度信号，在对其进行A/D转换后也送嵌入式处理器CPU处理，这时联合卡尔曼滤波器在嵌入式处理器DaVinciDM6446的控制、利用下发挥重要作用，采用卡尔曼滤波方法融合两种定位系统的信息以获得最优的组合定位结果即计算出车辆的日期、时间、经纬度、速度和行驶方向等定位数据。嵌入式处理器CPU是核心，处理GPS接收机发来的定位信息，将定位信息和监控中心发来的控制信息显示在液晶屏上，并控制GPRS模块进行短信息的收发，请求服务、中文短信息接收及通话等功能。由于GPRS无线模块和GPS模块都以串口通信方式与嵌入式处理器CPU相连，并能同时与GPRS模块、GPS模块进行通信，而且它的指令完全兼容MC55模块，因此在实施例中嵌入式处理器CPU采用DaVinciDM6446处理器，其频率高达594MHz具有64k的二级Cache，并且带有32K的一级指令Cache，80K一级数据Cache，其存储器总线可以方便的和SDRAM和Flash等许多器件相接并且将多种外设功能集合于芯片内部，例如LCD，USB，IrDA，AC97，MMC其中MMC接口可以与MMC卡、SD卡及CF卡相连接，LCD接口与液晶屏相连接而且还具有视频专用功能的外围设备等。因此它可以完成对DSP、VPSS、外围设备和外部存储器的全局配置和控制。从图3可以看出联合卡尔曼滤波器模块分别针对两个局部滤波器和主滤波器进行工作。其中局部滤波器1用于对GPS数据进行卡尔曼滤波；局部滤波器2用于对DR系统的数据进行卡尔曼滤波，此滤波过程也是航位推算过程；最后主滤波器用于将二者的输出进行信息融合，然后送至嵌入式处理器CPU进行处理，获得高精度经、纬度数据显示实现高精度无盲区的车辆定位功能，或者与路径导航模块的地理信息系统GIS数据库即电子地图进行匹配，为用户直观地显示当前的位置、时间、速度等信息实现智能化的静态与动态导航引导功能。由于音/视频输出模块采用TLV320AIC23PW音频转换器与SAA7105编码器以及各种计算机通信接口和输入/输出接口的设置，本实用新型还具有其它的功能，如信息查询功能、语音功能、报警功能、轨迹处理功能，并对WinCE提供的通信上网功能进行链接；对WinCE提供的娱乐功能进行链接等。图4是本实用新型所述的嵌入式车载组合导航仪产品外观示意图，本实用新型外观长3.5cm、宽5.5cm、高1.5cm，采用锂电池或车载变压器方式供电；工作电压范围3.7～5v。因此嵌入式车载组合导航仪适合于具有标准接口和电气特性的任何汽车使用。基于Windows CE的操作界面，方便简洁。实现导航定位、娱乐、通信、记录及报警等多种功能。

Claims (10)

1、一种嵌入式车载组合导航仪，包括GPS定位模块[1]、无线数据通信模块[2]、主控制器CPU模块[3]、音/视频输出模块[4]、计算机通信接口[5]、输入/输出接口[6]以及DR定位模块[7]、其特征是主控制器CPU模块[3]是嵌入式处理器CPU[3.1]通过串行口与GPS定位模块[1]、DR定位模块[7]、无线数据通信模块[2]连接，通过局域总线与存储模块[8]、路径导航模块[9]、计算机通信接口[5]、输入/输出接口[6]、复杂可编程逻辑器件CPLD[10]连接，控制并且利用联合卡尔曼滤波器[8.1]对GPS定位模块[1]、DR定位模块[7]的定位系统数据进行处理。

2、根据权利要求1所述的一种嵌入式车载组合导航仪，其特征是存储模块[8]设置有联合卡尔曼滤波器[8.1]。

3、根据权利要求1所述的一种嵌入式车载组合导航仪，其特征是路径导航模块[9]由存储在数据存储器SDRAM中地理信息系统GIS数据库即电子地图匹配模块与路径导航算法模块构成。

4、根据权利要求1所述的一种嵌入式车载组合导航仪，其特征是嵌入式处理器CPU模块[3.1]由双核DaVinciDM6446芯片构成以及相连接的存储模块[8]由数据存储器SDRAM及程序存储器FLASH构成。

5、根据权利要求1所述的一种嵌入式车载组合导航仪，其特征是GPS定位模块[1]由GPS芯片构成、DR定位模块[7]由DR定位传感器和数据处理器构成。

6、根据权利要求1所述的一种嵌入式车载组合导航仪，其特征是无线数据通信模块[2]由GPRS通信模块、CDMA1X通信模块或3G通信模块构成。

7、根据权利要求1所述的一种嵌入式车载组合导航仪，其特征是音/视频模块[4]、包括标准视频输入接口，标准视频输出接口构成。

8、根据权利要求1所述的一种嵌入式车载组合导航仪，其特征是计算机通信接口[5]包括USB2.0，100M网口，SPI口，串口。

9、根据权利要求1所述的一种嵌入式车载组合导航仪，其特征是输入/输出接口[6]包括提供语音控制及报警控制功能。

10、根据权利要求1所述的一种嵌入式车载组合导航仪，其特征是复杂可编程逻辑器件CPLD[10]由Altera EPM7128S芯片构成。

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