CN208297743U - 一种车载实时定位系统 - Google Patents

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黄荣
于涛
樊景帅
张成海
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Abstract

一种车载实时定位系统，包括车载GPS、车辆CAN总线、数据处理器、车载显示屏，所述数据处理器分别与车辆CAN总线、车载显示屏信号连接，所述车载GPS通过GPS时间同步服务器与数据处理器信号连接；所述车载GPS，用于将车载GPS数据发送给数据处理器；所述GPS时间同步服务器，用于将定位系统时间和GPS卫星上的时间进行同步；所述车辆CAN总线，用于将车辆运动数据发送给数据处理器；所述数据处理器，用于将车载GPS数据和车辆运动数据转化为车辆实时行驶轨迹信息；所述车载显示屏，用于实时显示车辆行驶轨迹信息。本设计不仅定位精度高，而且定位稳定性好。

Description

一种车载实时定位系统
技术领域
本实用新型涉及通讯技术领域，尤其涉及一种车载实时定位系统，主要适用于提高定位的精度与定位的稳定性。
背景技术
现有技术运用四颗卫星参数组成四个四元一次方程，可得待测点的真实坐标，通过Visual C++软件编程的方式由串口采集GPS接收机的实时GPS数据，通过此方法实现采集数据的稳定性好、维护性难度小和测量精度高的优点。但现有技术存在以下缺陷：1、运用多个卫星数据提高位置精度和钟差问题，处理数据量较多；2、若GPS出现延时或者GPS信号弱的情况，系统的精度容易存在误差。
中国专利，申请公布号为CN103971535A，申请公布日为2014年8月6日的发明公开了一种车辆位置数据处理方法、装置及系统，包括射频信号处理器，设置在电子站牌上，用于接收车辆的行驶信息；车载定位装置，安装在车辆上，用于获取车辆的GPS地理信息；数据接收装置，分别与射频信号处理器和车载定位装置连接，用于接收行驶信息和GPS地理信息；数据处理子系统，与数据接收信息连接，用于根据行驶信息和GPS地理信息确定车辆的位置信息。虽然该发明能确定车辆位置，但是其仍然存在以下缺陷：该发明在没有目标站牌的地方或者目标站牌距离较远时，定位精度会受到影响，同时，也会影响定位的稳定性。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术中存在的定位精度低、定位稳定性差的缺陷与问题，提供一种定位精度高、定位稳定性好的车载实时定位系统。
为实现以上目的，本实用新型的技术解决方案是：一种车载实时定位系统，该车载实时定位系统包括车载GPS、车辆CAN总线、数据处理器、车载显示屏，所述数据处理器分别与车辆CAN总线、车载显示屏信号连接，所述车载GPS通过GPS时间同步服务器与数据处理器信号连接；
所述车载GPS，用于将车载GPS数据发送给数据处理器；
所述GPS时间同步服务器，用于将定位系统时间和GPS卫星上的时间进行同步；
所述车辆CAN总线，用于将车辆运动数据发送给数据处理器；
所述数据处理器，用于将车载GPS数据和车辆运动数据转化为车辆实时行驶轨迹信息；
所述车载显示屏，用于实时显示车辆行驶轨迹信息。
所述车载GPS数据包括经纬度、车速、海拔、方向数据。
所述车辆运动数据包括车速、横摆角、横摆角速度。
所述数据处理器获取车辆运动数据周期为10毫秒～20毫秒。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
1、本实用新型一种车载实时定位系统中车载实时定位系统包括车载GPS、车辆CAN总线、数据处理器、车载显示屏，数据处理器分别与车辆CAN总线、车载显示屏信号连接，车载GPS通过GPS时间同步服务器与数据处理器信号连接；通过车载GPS数据和车辆运动数据来定位车辆位置，提高了定位精度，同时，在GPS数据由于延时问题未能及时获取时，可通过采集车辆运动数据来保证车辆定位的实时性以及精度，从而提高了定位的稳定性。因此，本实用新型定位精度高、定位稳定性好。
2、本实用新型一种车载实时定位系统中车载GPS数据包括经纬度、车速、海拔、方向数据，车辆运动数据包括车速、横摆角、横摆角速度，这样的设计提高了车辆定位精度；数据处理器获取车辆运动数据周期为10毫秒～20毫秒，在较小的采集间隔下，能减少数据的误差。因此，本实用新型定位精度高。
3、本实用新型一种车载实时定位系统中通过车辆运动数据实时性计算车辆运动轨迹，并结合车载GPS数据来实时定位车辆位置，不仅能保证车辆定位的实时性以及精度，而且保证了实时定位的稳定性。因此，本实用新型不仅保证了车辆定位的实时性以及精度，而且保证了实时定位的稳定性。
附图说明
图1是本实用新型一种车载实时定位系统的结构示意图。
图2是本实用新型的实施例中一种车载实时定位方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
参见图1、图2，一种车载实时定位系统，该车载实时定位系统包括车载GPS、车辆CAN总线、数据处理器、车载显示屏，所述数据处理器分别与车辆CAN总线、车载显示屏信号连接，所述车载GPS通过GPS时间同步服务器与数据处理器信号连接；
所述车载GPS，用于将车载GPS数据发送给数据处理器；
所述GPS时间同步服务器，用于将定位系统时间和GPS卫星上的时间进行同步；
所述车辆CAN总线，用于将车辆运动数据发送给数据处理器；
所述数据处理器，用于将车载GPS数据和车辆运动数据转化为车辆实时行驶轨迹信息；
所述车载显示屏，用于实时显示车辆行驶轨迹信息。
所述车载GPS数据包括经纬度、车速、海拔、方向数据。
所述车辆运动数据包括车速、横摆角、横摆角速度。
所述数据处理器获取车辆运动数据周期为10毫秒～20毫秒。
一种车载实时定位方法，所述车载实时定位方法利用上述车载实时定位系统实现，车载实时定位方法包括以下步骤：
所述数据处理器获取数据的初始时刻设为T0，数据处理器无法获取车载GPS数据的时间段设为Ti至T(i+1)；
T0时刻，数据处理器获取T0时刻车载GPS数据和T0时刻车辆运动数据，并通过T0时刻车载GPS数据计算T0时刻车辆位置信息；
Ti时刻，数据处理器获取Ti时刻车辆运动数据，并通过T0时刻车辆运动数据和Ti时刻车辆运动数据计算Ti时刻车辆位置信息；
T(i+1)时刻，数据处理器获取Ti时刻车载GPS数据和T(i+1)时刻车辆运动数据，并通过Ti时刻车载GPS数据更新Ti时刻车辆位置信息，同时，通过Ti时刻车辆运动数据和T(i+1)时刻车辆运动数据计算T(i+1)时刻车辆位置信息。
所述车载GPS数据包括经纬度、车速、海拔、方向数据，所述车辆运动数据包括车速、横摆角、横摆角速度；
T0时刻，数据处理器将T0时刻车载GPS数据中的经纬度转化为平面坐标系内的坐标；
Ti时刻，数据处理器先通过T0时刻车辆运动数据和Ti时刻车辆运动数据计算车辆横纵向产生的位移，再将T0时刻平面坐标与车辆横纵向位移值做加减计算，得到Ti时刻平面坐标；
T(i+1)时刻，数据处理器通过Ti时刻车载GPS数据更新Ti时刻平面坐标，同时，通过Ti时刻车辆运动数据和T(i+1)时刻车辆运动数据计算车辆横纵向产生的位移，再将更新后的Ti时刻平面坐标与车辆横纵向位移值做加减计算，得到T(i+1)时刻平面坐标；最后，将各时刻平面坐标依次线性连接形成车辆实时行驶轨迹；
通过车辆运动数据计算车辆位置公式为：
上式中，i＝0，1，2......，Xi、Yi为横向、纵向坐标位置，单位为米，VXi、VYi为横向、纵向车速，单位为米/秒，Ti、T(i+1)的单位为秒。
Ti至T(i+1)时间段内，所述数据处理器多次获取车辆运动数据，并通过获取的车辆运动数据计算车辆位置信息。
T(i+1)时刻，数据处理器通过Ti时刻车载GPS数据中的车速、方向数据计算出车辆横纵向距离，用于修正车辆运动数据计算出的车辆横纵向位移。
本实用新型的原理说明如下：
本设计一种车辆实时定位系统及方法，用于车辆行驶过程中实时定位，方便驾驶员明确行驶位置和方向，是自动驾驶中导航定位的技术之一，提高驾驶的可靠性和安全性。本设计是基于本车CAN总线数据作为实时数据基础和GPS数据作为更新数据和标定位置信息基准的方法。
实时数据采用车辆CAN的实时数据以及单个GPS实时数据，以GPS数据为调整基准，车辆CAN的数据实时反馈迅速、延时性短，同时CAN数据采集周期以10到20毫秒为一个基本单位；此种实时数据采集手段，保证了在GPS数据无法正常使用以及GPS数据延时情况下实时定位的稳定性。
定位数据计算是利用GPS的经纬度、车速、海拔、方向数据以及CAN总线的车速(轮速)、横摆角、横摆角速度转化为平面坐标信息，车辆运动数据主要是影响车辆横纵向速度的数据。
采集数据初期时刻T0，系统获取到GPS初始数据和车辆数据，在下一时刻T1，系统及时获取CAN数据，GPS数据由于延时问题未能及时获得，待获得本车GPS数据后更新T1时刻位置信息，重复迭代计算车辆位置信息；在GPS数据延时时间段(例如：T1到T2时间段)里，可以多次采集CAN总线信息，保证车辆定位的实时性以及精度。GPS的经纬度转化为平面坐标系内的坐标点，将采集的第一组CAN数据转化为以GPS转化的平面坐标数据为起始点的平面坐标点，此点也作为第二组CAN数据的起始点，依次类推，若获得某时刻的GPS数据将其替代CAN数据转化的平面坐标点。
GPS时间同步服务器用于将本地的系统时间和GPS卫星上面的时间进行同步，在时间测量中，从卫星信号传出的初始时间会与在接收器上的到达时间进行比较，在卫星上有原子钟，而与此相比，一个普通的GPS接收器里只有一个简单的石英钟。因此，为了能确定准确的时间，卫星上的一个附加时间信号器会与接收器上的时钟同步运行，而GPS延时或者GPS信号差均会影响GPS数据的实时输出。
本设计是通过车辆本身CAN信号运动数据实时性来计算运动轨迹，并结合GPS来实时定位车辆位置；利用车辆本身的数据信息，在较小的采集时间下，尽可能的减少数据的误差，曲线变化也将近似为线段之间连接；GPS提供轨迹点的经纬度，将经纬度通过坐标转化公式，得到平面坐标，CAN总线的横纵向速度、角速度、加速度、角加速度等信息，计算得到横纵向产生的位移，将平面坐标与横纵向位移值做加减计算，最后得到下一时刻的平面坐标值，依次线性连接最后形成行驶轨迹；GPS车速、方位角计算出的横纵向距离作为修正CAN数据运算出来的结果。
实施例：
参见图1，一种车载实时定位系统，包括车载GPS、车辆CAN总线、数据处理器、车载显示屏，所述数据处理器分别与车辆CAN总线、车载显示屏信号连接，所述车载GPS通过GPS时间同步服务器与数据处理器信号连接；所述车载GPS，用于将车载GPS数据发送给数据处理器；所述GPS时间同步服务器，用于将定位系统时间和GPS卫星上的时间进行同步；所述车辆CAN总线，用于将车辆运动数据发送给数据处理器；所述数据处理器，用于将车载GPS数据和车辆运动数据转化为车辆实时行驶轨迹信息；所述车载显示屏，用于实时显示车辆行驶轨迹信息；所述车载GPS数据包括经纬度、车速、海拔、方向数据；所述车辆运动数据包括车速、横摆角、横摆角速度；所述数据处理器获取车辆运动数据周期为10毫秒～20毫秒。
按上述方案，参见图2，一种车载实时定位方法，包括以下步骤：
所述数据处理器获取数据的初始时刻设为T0，数据处理器无法获取车载GPS数据的时间段设为T1至T2；
T0时刻，数据处理器获取T0时刻车载GPS数据和T0时刻车辆运动数据，并将T0时刻车载GPS数据中的经纬度转化为平面坐标系内的坐标；
T1时刻，数据处理器获取T1时刻车辆运动数据，并通过T0时刻车辆运动数据和T1时刻车辆运动数据计算车辆横纵向产生的位移，然后将T0时刻平面坐标与车辆横纵向位移值做加减计算，得到T1时刻平面坐标；
T2时刻，数据处理器获取T1时刻车载GPS数据和T2时刻车辆运动数据，并通过T1时刻车载GPS数据更新T1时刻平面坐标，同时，通过T1时刻车辆运动数据和T2时刻车辆运动数据计算车辆横纵向产生的位移，再将更新后的T1时刻平面坐标与车辆横纵向位移值做加减计算，得到T2时刻平面坐标；最后，将各时刻平面坐标依次线性连接形成车辆实时行驶轨迹。
通过车辆运动数据计算车辆位置公式为：
上式中，i＝0，1，2......，Xi、Yi为横向、纵向坐标位置，单位为米，VXi、VYi为横向、纵向车速，单位为米/秒，Ti、T(i+1)的单位为秒。
T1至T2时间段内，所述数据处理器多次获取车辆运动数据，并通过获取的车辆运动数据计算车辆位置信息；T2时刻，数据处理器通过T1时刻车载GPS数据中的车速、方向数据计算出车辆横纵向距离，用于修正车辆运动数据计算出的车辆横纵向位移。

Claims (4)

1.一种车载实时定位系统，其特征在于，该车载实时定位系统包括车载GPS、车辆CAN总线、数据处理器、车载显示屏，所述数据处理器分别与车辆CAN总线、车载显示屏信号连接，所述车载GPS通过GPS时间同步服务器与数据处理器信号连接；
所述车载GPS，用于将车载GPS数据发送给数据处理器；
所述GPS时间同步服务器，用于将定位系统时间和GPS卫星上的时间进行同步；
所述车辆CAN总线，用于将车辆运动数据发送给数据处理器；
所述数据处理器，用于将车载GPS数据和车辆运动数据转化为车辆实时行驶轨迹信息；
所述车载显示屏，用于实时显示车辆行驶轨迹信息。
2.根据权利要求1所述的一种车载实时定位系统，其特征在于：所述车载GPS数据包括经纬度、车速、海拔、方向数据。
3.根据权利要求1所述的一种车载实时定位系统，其特征在于：所述车辆运动数据包括车速、横摆角、横摆角速度。
4.根据权利要求1所述的一种车载实时定位系统，其特征在于：所述数据处理器获取车辆运动数据周期为10毫秒～20毫秒。
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