CN202631738U - 一种基于手机设计的传感器辅助车载定位系统 - Google Patents

Abstract

一种基于手机设计的传感器辅助车载定位系统，包括无线通信单元，其特征在于：所述传感器辅助车载定位系统还包括一个GPS单元和传感器单元，所述无线通信单元与传感器单元采用12C接口传输数据；所述无线通信单元通过GSM/3G网络接收GPS单元信息，所述无线通信单元通过GSM/3G网络传输数据给服务器或用户手机。当车载GPS“失锁”后，通过一种简单实用的计算方法综合判断传感器采集的车辆状态信息而实现较小误差的定位。

Description

一种基于手机设计的传感器辅助车载定位系统

技术领域

 本实用新型涉及车载定位系统，具体地涉及一种基于手机设计的传感器辅助车载定位系统。 

背景技术

GPS（Global Postitioning System，全球定位系统）基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可计算出接收机的精确位置信息。随着GPS技术的成熟，基于GPS信号的各种手持式、车载式、PDA等形式的定位导航系统被广泛应用，但目前市场的定位系统及终端的弊病也日益显露，GPS也有其局限性，如在卫星信号微弱，或者环境限制无法获取足够的卫星信息等情况下，则无法完成定位。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术中的不足，提供一种可在卫星信号极弱或无法获取卫星信号的隧道，高架桥下，城市高建筑群，峡谷，树林等出现“失锁”的情况下，仍能实现较小误差的一种基于手机设计的传感器辅助车载定位系统。 

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种基于手机设计的传感器辅助车载定位系统，包括无线通信单元，其特征在于：所述传感器辅助车载定位系统还包括传感器和一个GPS单元，所述无线通信单元与传感器采用12C接口传输数据；所述无线通信单元通过GSM/3G网络接收GPS单元信息，所述无线通信单元通过GSM/3G网络传输数据给服务器或用户手机。 

所述无线通信单元包括一主天线和一移动通信模块。 

所述GPS单元包括GPS天线和GPS模块。 

所述传感器包括陀螺仪传感器、加速计传感器、磁力计传感器和高度计传感器。 

本实用新型的有益效果是：使用携带GPS系统的手机，放于车辆内，利用卫星信号进行实时定位并上报移动通信模块（主控台），在卫星信号极弱或无法获取卫星信号的隧道，高架桥下，城市高建筑群，峡谷，树林等环境中，会出现“失锁”的情况，使得GPS无法工作，使得需要了解此车辆具体位置的移动通信模块（主控台）无法获知其实时的位置信息，造成一定困难。本新型利用多种传感器获取汽车实时运动状态信息，在车载GPS “失锁”后，通过一种简单实用的计算方法综合判断传感器采集的车辆状态信息而实现较小误差的定位，具有较好的应用方向和意义。 

附图说明

图1为本系统的功能模块图。 

图2为本新型具体实施坐标图。 

其中： 

1无线通信单元；10、移动通信模块； 11、12C接口； 12、主天线； 

 2、GPS单元； 21、GPS模块； 22、GPS天线；

31、陀螺仪传感器； 32、加速计传感器； 33、磁力计传感器； 34、高度计传感器；

4、服务器或用户手机；

S、车辆。

具体实施方式

下面结合附图通过实施例详细介绍此方案的技术实现过程。 

如图1所示，一种基于手机设计的传感器辅助车载定位系统，包括无线通信单元1、GPS单元2和陀螺仪传感器31、加速计传感器32、磁力计传感器33、高度计传感器34，无线通信单元1包括移动通信模块10和主天线12，GPS单元2包括GPS模块21 

和GPS天线22，在卫星信号强时，GPS单元2接收卫星定位数据，通过GSM/3G网络把数据传输到无线通信单元1，然后经过数据分析处理，由移动通信模块通过GSM/3G网络把数据传输给服务器或用户4。当卫星信号极弱或无法获取时，由若干传感器辅助定位，如由陀螺仪传感器31通过采集车辆相对原方向的转向角度的信息发送给无线通信单元1，由移动通信模块10（主控台）计算当前的方向偏移量来判断车辆的运动状态；加速计传感器32，通过测量车辆在三轴空间所受到的加速度，从而判断其运动状态。加速计传感器32采集的模拟量发送给无线通信单元1，由移动通信模块10（主控台）计算当前的加速度大小来判断车辆的运动状态；磁力仪传感器33，通过采集地球南北极磁力线，判断出准确的地理南北极方向，且在系统中建立坐标参考系，采集的信息发送给无线通信单元1，由移动通信模块10（主控台）判断车辆运动相对于地球经纬度的运动方向和偏移量；高度计传感器34，以海平面作为参考点，采集车辆所处环境的大气压，采集的信息发送给无线通信单元1，由移动通信模块10（主控台）计算得到车辆所处精确的海拔高度和运动状态。移动通信模块10经过综合分析得出的数据，通过GSM/3G网络把数据传输给服务器或用户4。上述所有传感器均采用I2C接口与无线通信单元1相连，完成数据传输。

结合图1、图2，以陀螺仪传感器31采用ST的L3G4200D,加速计传感器32采用ST的LIS3DH,磁力仪传感器33采用Freescale的MAG3100,高度计传感器34采用Freescale的MPL3115A2，无线通信单元1和GPS单元2采用MTK 的3G smartphone 智能机平台为例，描述详细过程： 

车辆S，其从起始点a开始运动，在O点GPS单元2“失锁”，b点GPS单元2重新工作。坐标系的建立参考磁力计传感器33标识的南北极，位置O为原点，X轴代表地理经度，Y轴代表地理纬度。在位置O之前由GPS模块21定位经纬度，车辆S运动轨迹用实体线标识，在O时由于GPS单元2无法正常工作，车辆S出现位置漂移或进入“失锁”状态，无法得到O点与b点之间的位置，其实际运动轨迹用虚线标识。箭头方向为车辆S瞬时运动方向，即车体方向。

步骤1,先考虑O点之前的运动情况，要利用已知运动轨迹计算出车辆S的平均速度；由于车辆S不规则运动，取其中一小段，如图位置d，e之间，可近似认为是直线运动，可通过已知GPS位置信息计算出d，e的实际距离，并且时间差已知，如此可计算出车辆S的速度；重复取多段可近似直线的轨迹，如上述计算出车辆S的速度，将所有速度取平均值，可得出车辆S较长时间内的平均速度v。 

步骤2,考虑O点后车辆S的运动状态由传感器采集。磁力计传感器33需经过校准，使磁力计传感器33原始位置和车体一致，在车体方向改变时，磁力计传感器33可得出车体运行方向与地理南北极的角度信息，可建立起坐标参考系。如图2，O点后车辆S沿OA方向做近似直线运动，由磁力计传感器33读出其与纬度偏移量为角度n，在此运动过程中，由前面得出的v，由加速计得到计入误差量的速度为v±△v乘以运动时间，得到实际运动距离，结合已知O点“失锁”时的经纬度信息，已知了上述条件，可计算出在车辆S的实时经纬度信息。近似直线运动的判断依据由陀螺仪传感器31和磁力计传感器33共同提供，在此运动过程中，陀螺仪感器31不断检测车辆S与原运动方向OA的偏向，做为一个随时间递增的累积角度偏移量n1；磁力仪传感器33不断检测车辆S与地理南北极的偏向，因已知原OA角度n，则可得到其车辆S与原运动方向OA的偏向，作为一个随时间变化的瞬态角度偏移量n2；当n1和n2同时满足达到一定值（此处可设为10o），可认为车辆S不再做近似直线运动，如图2,在运动到临界位置f时，偏移量n1，n2同时到达15o 。O和f之间的经纬度由前述方法求得。 

考虑f之后车辆S的运动，此时将f作为坐标原点建立同样的坐标系，方法和步骤2相同，直到下一个临界位置点f2，之间的经纬度计算方法和各种应用条件不变。如图2根据运算结果可描绘出车辆S的运动轨迹。直到车辆S到达位置b，GPS单元2进入正常工作状态。 

加速计传感器32作为判断车辆S是否保持运动的条件，在O点之前加速计得到的时间平均值和O点之后得到的时间平均值比较，根据步骤1得到的速度v，计入误差量△v得到O点后的相对速度为v±△v。 

高度计传感器34采集所处环境的大气压强，以海平面作为参考点，计算得到实际的海拔高度。可用来判断车辆S所处位置的实时海拔高度和路况信息。 

综上可得到车辆S的经纬度和高度的立体空间信息。因此，在出现“失锁”的情况下，本系统仍能实现较小误差的一种基于手机设计的传感器辅助车载定位。 

以上所述，仅是本实用新型较佳实施方式，凡是依据本实用新型的技术方案对以上的实施方式所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。 

Claims (4)

1.一种基于手机设计的传感器辅助车载定位系统，包括无线通信单元，其特征在于：所述传感器辅助车载定位系统还包括传感器和一个GPS单元，所述无线通信单元与传感器采用12C接口传输数据；所述无线通信单元通过GSM/3G网络接收GPS单元信息，所述无线通信单元通过GSM/3G网络传输数据给服务器或用户手机。

2.根据权利要求1所述的一种基于手机设计的传感器辅助车载定位系统，其特征在于：所述无线通信单元包括一主天线和一移动通信模块。

3.根据权利要求1所述的一种基于手机设计的传感器辅助车载定位系统，其特征在于：所述GPS单元包括GPS天线和GPS模块。

4.根据权利要求1所述的一种基于手机设计的传感器辅助车载定位系统，其特征在于：所述传感器包括陀螺仪传感器、加速计传感器、磁力计传感器和高度计传感器。

Images