CN205958758U - 一种车载全程亚米级定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种车载全程亚米级定位系统，包括与定位装置、4G通讯芯片、陀螺仪、加速度传感器、磁力计对应连接的单片机，以及与4G通讯芯片对应连接的CORS基站、服务器。所述单片机与发送定位卫星的定位数据的所述定位装置连接、与输出车辆运行数据的传感器连接、与转发当地CORS基站的差分数据和输出的定位数据信号的4G通讯芯片连接、服务器与输出指令请求信号和定位数据信号的4G通讯芯片连接，并根据指令请求信号、定位卫星的定位和车辆运行数据、当地CORS基站的差分数据和定位数据信号得到全程亚米级定位精度的定位数据。本实用新型中CORS基站改变传统RTK测量作业方式具有作用范围广、精度高、野外单机作业优点。

Description

一种车载全程亚米级定位系统

技术领域

本实用新型涉及定位技术领域，特别是涉及一种车载全程高精度的亚米级定位。

背景技术

现有技术的车载定位系统的定位精度普遍在10米以上左右。现有的车载定位系统中一般都具有导航定位功能的导航装置，例如导航型GPS(全球定位系统)芯片，因气象、电离、SA政策、卫星数过少、多路径等因素影响其定位精度为10米数量级，精度比较低，采集频率10～15秒一次，现有技术的车载定位系统远无法达到当前智慧交通应用上的要求。

现有技术标称亚米级定位是CEP亚米级定位是一种测量系统精确度的项目(CEP英文简称为圆形公算误差)，其定义是以目标为圆心划一个圆圈。如果定位此圆圈的机率最少有一半，则此圆圈的半径就是圆形公算误差，由此可知，以目标为圆心划一个圆圈的亚米级定位，不能满足智慧交通全程亚米级的要求。

实用新型内容

本实用新型目的是要解决现有技术CEP亚米级定位圆形公算误差的技术问题，为此，本实用新型提供一种对CEP亚米级产品进行定位纠偏的车载全程亚米级定位系统。

本实用新型提供一种车载全程亚米级定位系统，所述系统包括：与定位装置、4G通讯芯片、陀螺仪、加速度传感器、磁力计对应连接的单片机，以及与4G通讯芯片对应连接的CORS基站、服务器。

本实用新型还提供一种车载全程亚米级定位系统，所述系统包括定位装置、4G通讯芯片、传感器、单片机、CORS基站和服务器，其中：所述单片机，与发送定位卫星的定位数据的所述定位装置连接；所述单片机，与输出车辆运行数据的所述传感器连接；所述单片机，与转发当地CORS基站的差分数据和输出的定位数据信号的所述4G通讯芯片连接；所述服务器，与接收4G通讯芯片输出定位数据信号，输出指令请求的4G通讯芯片连接；所述单片机，根据指令请求信号、定位卫星的定位数据、车辆运行数据、当地CORS基站的差分数据和定位数据信号，得到全程亚米级定位精度的定位数据。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过定位装置+CORS基站+4G通讯模块+传感器(融合陀螺仪+重力加速度计+磁力计)，实现全程亚米级定位。

对GPS模块先进行特殊环境模式下的设定(针对不同环境进行预设定)，再选用高级的陶瓷天线(该天线能有效的去除多路径效应对GPS信号的干扰，提高GPS信号质量)，单片机获取GPS的数据后，先对GPS的数据帧进行提取，获得必要的导航数据(如坐标，车速，角度，卫星数量)，4G模块不仅负责发送数据到服务器，还承担介绍来至CORS基站的数据传递给单片机做差分，此时获得的GPS数据已经很准确，能够达到亚米级，结合“陀螺仪+重力加速度计+磁力计”构成的捷联惯导，再和GPS数据做融合，能够使得定位精度更高。在进入隧道或者GPS信号不好的情况下，能维持至少60秒的自主惯性导航，误差精度在两米内。

本实用新型的车载全程亚米级定位系统中使用所述4G通讯模块与所述当地CORS基站连接，接收当地CORS基站的差分数据；定位卫星的定位数据、车辆运行数据，获得全程亚米级定位精度的定位数据，本实用新型的车载全程亚米级定位系统中使用CORS基站改变了传统RTK测量作业方式，与传统的GPS作业相比连续运行参考站(CORS)具有作用范围广、精度高、野外单机作业等众多优点。其主要优势体现在：1)改进了初始化时间、扩大了有效工作的范围；2)采用连续基站，用户随时可以观测，使用方便，提高了工作效率；3)拥有完善的数据监控系统，可以有效地消除系统误差和周跳，增强差分作业的可靠性；4)用户不需架设参考站，真正实现单机作业，减少了费用；5)使用固定可靠的数据链通讯方式，减少了噪声干扰；6)提供远程INTERNET服务，实现了数据的共享；7)扩大了GPS在动态领域的应用范围，更有利于车辆、飞机和船舶的精密导航。

本实用新型用车载全程亚米级定位系统用于公交车、客车定位；特种车辆定位(危化车辆、救护车、消防车、警车、公务车、运钞车、工程车等)以及其他高精度定位需求车辆，以及还可满足各类不同行业用户对精度定位，快速和实时定位、导航的要求，及时地满足城市规划、国土测绘、地籍管理、城乡建设、环境监测、防灾减灾、交通监控，矿山测量等多种现代化信息化管理的社会要求。

附图说明

图1为本实用新型一种车载全程亚米级定位系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型解决现有技术CEP亚米级定位圆形公算误差的技术问题，提供一种对CEP亚米级产品进行定位纠偏的车载全程亚米级定位系统。所述定位纠偏就是根据GPS来获取准确位置信息，当GPS数据信号良好时依然可以对GPS的准确度进行提升，当GPS数据不准确时(如GPS无信号，或者GPS数据与传感器检测到的数据冲突)可以进入惯性导航(INS),涉及到上述所说的各类传感器的数据融合，卡尔曼滤波。

请参阅图1，在一个实施例中提供了一种车载全程亚米级定位系统，所述系统包括：与定位装置、4G通讯芯片、陀螺仪、加速度传感器、磁力计对应连接的单片机，以及与4G通讯芯片对应连接的CORS基站、服务器。

本实施例中，所述定位装置对应与接收并根据定位卫星的定位数据进行计算得到初始定位信息的导航设备连接、与接收卫星修正导航数据的通信设备连接、与根据定位卫星的定位数据、初始定位数据和定位卫星修正导航数据计算得到全程亚米级定位精度的定位数据的数据处理设备连接，以及与接收单片机输出的4G传输数据请求信号并将全程亚米级定位精度的定位数据传输给所述单片机的第一通信装置连接，所述定位装置输出定位卫星当前位置的NMEA-0183标准数据。

本实施例中，所述导航设备为导航型GPS模块或北斗导航模块。

本实施例中，所述第一通信装置是无线连接的蓝牙模块或WiFi模块；或者第一通信装置是通过USB连接线连接的USB接口模块。

本实施例中，所述单片机对应与接收4G传输数据请求信号并输出定位卫星当前位置的NMEA-0183标准数据的定位装置连接、与接收当地CORS基站输出的差分数据信号、接收服务器输出的指令请求信号、接收单片机输出的语音信号、向单片机输出差分数据信号以及向服务器输出精确定位数据和向服务器传输实时控制信息的4G通讯芯片连接；以及与接收单片机输出的4G传输数据请求信号以及输出车辆运行的加速度、陀螺角度和磁力计三方向地磁信号的传感器连接。

本实施例中，所述4G通讯芯片，与接收4G通讯芯片输出的定位数据信号并输出指令请求信号的所述服务器对应连接、以及与输出差分数据信号的当地CORS基站对应连接。

实施例2：

请参阅图1，在一个实施例中提供了一种车载全程亚米级定位系统，所述系统包括：所述系统包括：与定位装置、4G通讯芯片、传感器对应连接的单片机，以及与4G通讯芯片对应连接的CORS基站、服务器，其中：

单片机，与接收单片机输出的请求信号和定位卫星的定位数据，并输出定位卫星当前位置信息的NMEA-0183标准数据的定位装置连接；

单片机，与接收单片机请求信号，接收物体加速度、转角信号，输出加速度，陀螺角度和磁力计三方向地磁信号的传感器连接；

单片机，对应的与接收基站输出的差分信号，接收服务器输出的指令请求信号，接收单片机输出的语音信号；向单片机输出差分数据信号，向服务器输出精确定位数据的4G通讯芯片连接；单片机，输出经过计算的精确定位数据信号、输出4G传输数据请求信号以及输出语音信号；

4G通讯芯片，与接收4G通讯芯片输出精确定位数据信号，输出指令请求信号的服务器以及输出差分数据的CORS基站连接。

1.定位装置是由卫星接收机和高增益有源天线构成，能够接收支持北斗，GLONASS,GPS三个国家的卫星数据。GPS接收机选择接收信号质量高的卫星数据，这些数据是由4组以上的UTC时间和卫星位置数据构成，由接收机解算出当前位置信息输出NMEA-0183标准数据，再通过与工作站自建的基站差分数据(此数据包含伪距修正量和位置修正量)相结合，进一步提高定位精度，实现达到亚米级定位要求。

2.处理系统包括两个部分，一个是安装在定位盒子内部的STM32高性能单片机，还有一个是工作站中的服务器，负责将定位盒子上传的定位数据(包括定位盒子的ID，经纬度，行驶状态和速度，方向角和水平高度以及UTC时间)进行存储和二次处理，工作站中的一台服务器(可多台)能够同时支持多达上万条定位盒子定位数据的同时收发访问和处理。

3.4G通讯芯片在负责接收CORS基站数据的同时，还负责作为单片机和服务器的桥接，4G通讯芯片负责将差分数据和实时的UTC时间以及由单片机提取的GPS数据和定位ID相关信息发送给服务器，4G模式支持TCP/IP协议，单片机可以接收服务器回传的实时控制信息，这些信息主要包括了对4G通讯芯片，GPS模块和惯性导航模块的工作模式配置信息。良好的工业级4G通讯芯片的选型能够很好的保证数据的安全和稳定性。

4.传感器是由9轴传感器构成，将工作模式设置为符合环境的需求后，SPI总线负责了传感器和单片机的连接，单片机接收传感器的加速度，陀螺角度和磁力计三方向地磁，经过单片机处理后获得到定位盒子的摆角和去分量后的加速度，既可以独立于GPS工作实现捷联惯导也可以和GPS(数据融合)同时工作，可以提高车载GPS的精度。

实施例3

请参阅图1示出本实施例提供的一种车载全程亚米级定位系统，所述系统包括定位装置、4G通讯芯片、传感器、单片机、CORS基站和服务器，其中：所述单片机，与发送定位卫星的定位数据的所述定位装置连接；所述单片机，与输出车辆运行数据的所述传感器连接；所述单片机，与转发当地CORS基站的差分数据和输出的定位数据信号的所述4G通讯芯片连接；所述服务器，与接收4G通讯芯片输出定位数据信号，输出指令请求信号的4G通讯芯片连接；所述单片机，根据指令请求信号、定位卫星的定位数据、车辆运行数据、当地CORS基站的差分数据和定位数据信号，得到全程亚米级定位精度的定位数据。

本实施例中，所述定位装置对应与接收并根据定位卫星的定位数据进行计算得到初始定位信息的导航设备连接、与接收卫星修正导航数据的通信设备连接、与根据定位卫星的定位数据、初始定位数据和定位卫星修正导航数据计算得到全程亚米级定位精度的定位数据的数据处理设备连接，以及与接收单片机输出的4G传输数据请求信号并将全程亚米级定位精度的定位数据传输给所述单片机的第一通信装置连接，所述定位装置输出定位卫星当前位置的NMEA-0183标准数据。

本实施例中，所述导航设备为导航型GPS模块或北斗导航模块。

本实施例中，所述第一通信装置是无线连接的蓝牙模块或WiFi模块；或者第一通信装置是通过USB连接线连接的USB接口模块。

本实施例中，或所述定位装置包括：通过高增益陶瓷有源天线与定位卫星连接的卫星接收机、以及将卫星接收机得到全程亚米级定位精度的定位数据传输给所述单片机的第二通信装置。

本实施例中，所述第二通信装置是无线连接的蓝牙模块或WiFi模块；或者第二通信装置是通过USB连接线连接的USB接口模块。

本实施例中，所述传感器包括：获得车辆运行信息的陀螺仪、加速度传感器和磁力计；所述车辆运行信息包括车辆运动方向、速度、摆角、加速度、高度和精确地理位置(经纬度)。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。由于本实用新型是保护要求与定位装置、4G通讯芯片、陀螺仪、加速度传感器、磁力计对应连接的单片机，以及与4G通讯芯片对应连接的CORS基站、服务器的连接关系，而本实用新型不涉及对算法的专利保护，对于本实用新型涉及的算法都是本领域技术人员常用的现有技术算法，例如：本实用新型涉及的车辆运行信息包括车辆运动方向、速度、摆角、加速度、高度和精确地理位置(经纬度)这些数据的融合都是采用现有技术通过陀螺仪和磁力计算出车辆运动的方向，通过加速度传感器计算出车辆运动的速度，从而计算出下一秒车辆的精度位置。经与定位卫星定位信息做比较，以确定卫星定位信息是否准确，如不一致，暂以陀螺仪+重力加速度计+磁力计计算出来的数据为准，本实用新型涉及的计算的精确定位数据信号等等都是采用现有技术卡尔曼滤波算法。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种车载全程亚米级定位系统，其特征在于，所述系统包括：与定位装置、4G通讯芯片、陀螺仪、加速度传感器、磁力计对应连接的单片机，以及与4G通讯芯片对应连接的CORS基站、服务器。

2.根据权利要求1所述的车载全程亚米级定位系统，其特征在于，所述定位装置对应与接收并根据定位卫星的定位数据进行计算得到初始定位信息的导航设备连接、与接收卫星修正导航数据的通信设备连接、与根据定位卫星的定位数据、初始定位数据和定位卫星修正导航数据计算得到全程亚米级定位精度的定位数据的数据处理设备连接，以及与接收单片机输出的4G传输数据请求信号并将全程亚米级定位精度的定位数据传输给所述单片机的第一通信装置连接，所述定位装置输出定位卫星当前位置的NMEA-0183标准数据。

3.根据权利要求2所述的车载全程亚米级定位系统，其特征在于，所述导航设备为导航型GPS模块或北斗导航模块。

4.根据权利要求2所述的车载全程亚米级定位系统，其特征在于，所述第一通信装置是无线连接的蓝牙模块或WiFi模块；或者第一通信装置是通过USB连接线连接的USB接口模块。

5.根据权利要求1所述的车载全程亚米级定位系统，其特征在于，所述定位装置包括：通过高增益陶瓷有源天线与定位卫星连接的卫星接收机、以及将卫星接收机得到全程亚米级定位精度的定位数据传输给所述单片机的第二通信装置。

6.根据权利要求5所述的车载全程亚米级定位系统，其特征在于，所述第二通信装置是无线连接的蓝牙模块或WiFi模块；或者第二通信装置是通过USB连接线连接的USB接口模块。

7.根据权利要求1所述的车载全程亚米级定位系统，其特征在于，所述单片机对应与接收4G传输数据请求信号并输出定位卫星当前位置的NMEA-0183标准数据的定位装置连接、与接收当地CORS基站输出的差分数据信号、接收服务器输出的指令请求信号、接收单片机输出的语音信号、向单片机输出差分数据信号以及向服务器输出精确定位数据和向服务器传输实时控制信息的4G通讯芯片连接；以及与接收单片机输出的4G传输数据请求信号以及输出车辆运行的加速度、陀螺角度和磁力计三方向地磁信号的传感器连接。

8.根据权利要求1所述的车载全程亚米级定位系统，其特征在于，所述通讯芯片，与接收4G通讯芯片输出的定位数据信号并输出指令请求信号的所述服务器对应连接、以及与输出差分数据信号的当地CORS基站对应连接。

9.一种车载全程亚米级定位系统，其特征在于，所述系统包括定位装置、4G通讯芯片、传感器、单片机、CORS基站和服务器，其中：

所述单片机，与发送定位卫星的定位数据的所述定位装置连接；

所述单片机，与输出车辆运行数据的所述传感器连接；

所述单片机，与转发当地CORS基站的差分数据和输出的定位数据信号的所述4G通讯芯片连接；

所述服务器，与接收4G通讯芯片输出定位数据信号，输出指令请求信号的4G通讯芯片连接；

所述单片机，根据指令请求信号、定位卫星的定位数据、车辆运行数据、当地CORS基站的差分数据和定位数据信号，得到全程亚米级定位精度的定位数据。

10.根据权利要求9所述的车载全程亚米级定位系统，其特征在于，所述传感器包括：获得车辆运行信息的陀螺仪、加速度传感器和磁力计；所述车辆运行信息包括车辆运动方向、速度、摆角、加速度、高度和精确地理位置。