TWI379995B

TWI379995B - Global positioning system and dead reckoning integrated navigation system and navigation method thereof

Info

Publication number: TWI379995B
Application number: TW098122362A
Authority: TW
Inventors: James Wang; Xiaoguang Yu; Zhongbao Feng; Yiliang Liu; Shenghong Lu
Original assignee: Maishi Electronic Shanghai Ltd
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2012-12-21
Also published as: CN101762805B; CN101762805A; TW201003041A; US8239133B2; JP2010014715A; US20100030470A1; EP2141507B1; EP2141507A1; JP5295016B2

Description

1^/9995 六、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明係關於一種導航系統，尤其是一種關於夂球定位系統與航海推算之整合導航系統與方法。【先前技術】由於全球定位系統（Global P0Siti0ning System’ GPS)具有全球搜尋以及相對較高精準度之優點，橡其被廣泛地應用於汽車導航，以根據衛星信號提供汽車的絕對位置。然而，由於衛星信號容易被高樓、樹木、隧道所遮住’或衛星信號嚴重失真，因此，在都會區很難實現GPS 的連續導航。航海推算（Dead Reckoning，DR)導航系統主要由定位感測器（例如，迴轉儀、里程表等）紐成，其係為/獨立、自主、且具有高取樣率之導航系統。然而，由於車輛之目月’J絕對位置係透過在DR導航系統中，將目前計算而得之一相對位置加上前一時刻之絕對位置而推導得知，DR導航系統之誤差將隨時間累積。【發明内容】本發明要解決的技術問題在於提供一種整合導航系統與方法’可整合多個導航定位資訊，進而得到比單一定位資訊更好的定位性能和更全面的定位資訊。為解決上述技術問題，本發明提供了:_種全球定統與航海縛（GPS繼）整合導航纽。奶歸整合導叙 0444-TW-CH Spec+CIaim(fiIed-20090929).doc 4 f統包括-全球定位系統（GPS)接收器，_至一夢動件三週期性地計算該移動物件的—GPS導航資訊；一航海推算（DR)系統，輕接至該移動物件，週期性地計算該移動，件之- DR導航資訊；以及—濾波器，雛至該Gps =收盗和該DKH週期性地計算該移動物件的一導航貧訊其中，該遽波器根據該GpS導航資訊的一權重值和 3 DR&導航資訊的—權重值，整合該Gps導航資訊與該抓航貝訊，進而得到’測資訊，且該瀘波器透過整合該觀測資訊與-先前導航資訊，進而計算一目前導航資訊。本發明還提供了-種為移祕件提供導航資訊的方 ^ ’包括以-全球m统⑽）接收器產生該移動物 4之-GPS導航資訊；以—航海推算（DR)系統計算該移動物件之一 DR導航資訊；根據該GPS導航資訊之-權重值以及該DR導航資訊之一權重值，整合該Gps導航資訊以及該DR導航資訊，而計算一觀測資訊；以及整合該觀 /貝广貝訊以及先剛導航資訊，進而計算一目前導航資訊。【實施方式】以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。雖然本發明將結合實施例進行闡述’但應理解這並非意指將本發明限疋於這些實施例。相反，本發明意在涵蓋由後附申請專利範圍所界疋的本發明精神和範圍内所定義的各種變化、修改和均等物。此外在以下對本發明的詳細描述十，為了提供針對本發明的完全的理解，提供了大量的具體細節。然而，於

C 0444-TW-CH Spec+CIaim(filed-20090929).doc 5 i 1379995 本技術領域中具有通常知識者將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外的一些實例中，對於大豕熟知的方法、程序、元件和電路未作詳細描述，以便於凸顯本發明之主旨。圖1所示為根據本發明一實施例全球定位系統與航海推异（GPS&DR)整合導航系統10Q方塊圖。gps&dR整合導航系統100具有較單一導航系統（例如，單一 Gps系統或單一 DR系統）更為精準之導航定位能力。在一實施例中，GPS&DR整合導航系統1〇〇包括一 GPS 接收器102,用於接收衛星信號並根據衛星信號產生GpS 導航資訊116。每一衛星信號皆由一相對應之導航衛星所產生。在一實施例中，GPS導航資訊116包括一移動物件 (例如，車輛）的一位置、一方位、一線速度（Vgps)以及角速度（Wcps)。在地球標準座標架構令，車輛的位置係由經度分量（component)和緯度分量所組成。 GPS&DR整合導航系統1〇〇還包括一航海推算（⑽）系統108 ’透過測量車輛的移動資訊以提供車輛的DR導航資訊，並整合車輛之移動資訊以及車輛參考位置與方位。車輛之移動資訊係包含車輛的線性速度以及角速度。導航資訊包含車輛之位置、方位以及其移動資訊。當所接收到之衛星信號被確定為可信賴信號，則採用GpS接收器1〇2 所輸出之車柄位置和方位，週期性地更新航海推算系統 108中車輛的參考位置和方位1之，#所接收到之衛星 =號被確定為不可信賴信號時，則制航海推算系統ι〇8 别-刻計算及儲存之車輛位置和方位更新車輛的參考位 0444-TW-CH Spec+Claim(filed-20090929).doc 6 置和方位。艘海推算系統108包括用於測量車輛線速度VDR 128 的一里程表110、用於測量車輛角速度Wdr 13〇的一迴轉儀 U2、以及一航海推算模組114，透過整合車輛移動資訊以及車辆參考位置及方位’進而計算車輛之位置及方位。由於里程表110及迴轉儀112所分別測量得到之線速度Vdr 28和角速度wDR 130具有一定誤差（deviation)，因此’ 里程表110和迴轉儀112需要分別降低線速度Vdr 128和角速度Wdr 130的誤差。在一實施例中，里程表110和迴轉儀112可用於分別降低線速度VDR128和角速度Wdr 130的誤差。迴轉儀112 的參數可包括：零漂移（zero drift)和刻度因數，但不以此為限。里程表11〇的參數可包括：車輪一周之脈衝數、車輪故轉半徑、代表車輪旋轉半徑除以線速度之比例因素、以及車輪旋轉半徑的靜態誤差。然而，里程表11〇和迴轉儀112的參數會隨著時間持續變化。因此，里程表11〇，迴轉儀112各包括-卡爾曼㈤咖）渡波器14〇和 142，用於關性地估計里程表11()和迴轉儀ιΐ2的目前參數值。待降麟速度Vdr 128和角速度¥⑽與實際值 Γ，線速度^ 128和角速度W" 13G可輸出至航海推舁模組114中，以作進一步之操作。施例中，角速度對里程表UG參數值進行估計的條件是否滿足。在另-實施例中線速度Vdr128可輪出於判斷對迴觀m減值撕估計的=用 0444-TW-CH Spec+Claim(fiIed-20090929).doc 7 1379995 在另一實施例中，耦接於GPS接收器102和航海推算系統108之間的另一濾波器（例如，卡爾曼濾波器）144 可用於降低GPS導航資訊116的雜訊。並且，卡爾曼滤波器144可根據衛星仏號的載波雜訊比（carrier_t〇_N〇ise ration，CN0)以及由GPS接收器1〇2所輸出的車輛線速度VcPS ’判斷GPS接收器102所接收到的衛星信號是否可 #。如果具有載波雜訊比大於一預設臨界值（例如， 30db-Hz)之衛星信號的個數大於一預設值，例如，3個，並且GPS接收器1〇2所輸出的車輛線速度Vcps的平均值大於一預設臨界值（例如，6m/s) ’則，所接收到的衛星信號即為可靠。否則，接收到的衛星信號可認定為是不可靠的。如果GPS接收器1〇2接收到的衛星信號可靠，那麼根據所接收到之衛星信號而計算而得之Gps導航資訊116可被認定為可靠。卡爾曼濾波器144可降低GPS導航資訊116 的雜訊，並傳遞GPS導航資訊116中所包含之車柄位置和方位126至航海推算模組114，以更新航海推算模組114 中的參考位置和方位。卡爾曼濾波器144也可輸出GPS導航資訊116中所包含之車輛線速度Vgps和角速度Wgps至里程表no和迴轉儀 112，用於參數之估計。航海推算模組114接收來自里程表11〇之線速度Vdr 128 ’以及來自迴轉儀112之角速度Wdr 13〇。透過整合線速度VDR 128和角速度wDR 130與儲存於航海推算模組114 中之參考位置及方位，航海推算模組114可計算車輛之目 0444-TW-CH Spec+Claim(filed-20090929).d〇i 8 1379995 前位置以及方位。如上所述，如果奶則採用GPS導航資訊116中之位置和方 ^可罪於抗海推算模組m中的車輛參考位置和方位。更新健存於在-實施例中’根據地球標準座標係由經度分量和緯度分量所定義而出。透過計its 和緯度分量，即可取得車輛的位置。«方緯度分量可基於線速度一以: 參考位置之經緯度分量而計算得之：人久卜—+Γ /(〇 {»ewLat=〇ldLat + VDR n*T!R _________ 二η柄，置之經度分量。::表:3 刖_ ,、.年又刀里。〇/也0”表示參考位置的經度分量。 :表不f考位置的緯度分量。U示線速度、128 的東向分ϊ。麵線迷度Vdr128的北向分量。線速度Vdr128的單位時間，例如，1秒。R表示參考t 與地球標準座標架構原點之間之距離。車輛的方位可根據方程式（2)計算得之： newOri = oldOri + WnD*T------ _ (2) —”癌表示車輛的目前方位。〇撕表示參考方位不角速度Wdr 130的單位時間，例如，i秒。如果GPS導航資訊116不可靠，則根據計算而得輛位置和方位更新車_參考位置和方位。隨後模組U4即可基於更新後之參考位置和綠計算車輛^ 一個位置和方位。此外’GPS&DR整合導航系統1〇〇還包括輕接於奶接 0444-TW-CH Spec+CIaim(filed-20090929).doc 1379995 收器102和航海推算系統108間的卡爾曼濾波器1〇6。卡爾曼濾、波器106可根據GPS導航貧訊116的權重（簡稱gps 權重）和DR導航資訊132的權重（簡稱DR權重）將Gps 導航負訊116和DR導航資訊132整合，進而週期性地得到觀測資訊。卡爾曼濾波器106透過整合目前的觀測資訊以及先前計算得到之導航資訊146，進而週期性地計算車輛目前的導航資訊146。車輛的導航資訊146可被顯示於一顯示幕148上。在一實施例中’一權重模組104計算GPS權值和DR 權值。權重模組104接收來自GPS接收器102之衛星信號的位置精度因子（positi〇n Dilution Of Precision，PDOP) 和載波雜訊比（CN0)，並且根據位置精度因子和載波雜訊比計算GPS權值和DR權值。如果載波雜訊比大於30db-hz的衛星信號個數不小於一預定值（例如，3個）’則GPS權重和DR權重可由位置精度因子決定。在這種情況下，根據方程式（3)可計算 GPS權重和DR權重： 0.99,PDOP<2 r = 2/PDOP,2<PDOP< 5 1 \/PDOP,5<PDOP<\0 }/(2-pdop),\〇<pdop-----------------------(3)

晃=1-A A表示GPS權重。爲表示DR權重。如果載波雜訊比大於30db-hz的衛星信號個數小於此預定值’則可根據方程式（4)計算GPS權重和DR權重： \βι= βρκΕ\' e.g.,0

\爲2 = βρΚΕ2’ e，g*A 0444-TW-CH Spec+CIaim(filed-20〇9〇929).doc 10 1379995 -----^4；有利的是’透過整合GPS接收器ι〇2以及航海推統108’GPS&DR整合導航系、统⑽結合了航海推算系統⑽ 之短期穩定性優點以及GPS接收器1〇2之長期穩定性優點。由於GPS接收器1〇2可即時接收衛星信號且Gps導航資訊116之誤差並不會隨時間累加’因此，若所接收到之衛星信號為可靠，則由GPS接收器1〇2所確定之移動物件 (例如，車輛）的位置和方位將具有相對較高的精準度。因此，若所接收到之衛星信號為可靠，則Gps導航資訊116 町用以更新航海推算系統1〇8之參考位置及方位。因此，可透過週期性地更新參相置及綠，進而降低或消除航海推算系統108之累計誤差。此外，在某些不確定的情況下（例如，車輛停止或衛星信號不可罪）’ GPS接收器1〇2會發生一些隨機誤差。由於透過航海推算系統1〇8所連續推算出之車輛位置和方位在短時間内具有較高的精準度，因此，可透過將Gps權重設為一較低值並將DR權重設定為一較高值，以整合gps 導航資訊116以及DR導航資訊132，進而補償GPS導航資訊116中之隨機誤差。GPS導航資訊116之補償可使得gps 導航追蹤軌跡更為平滑。因此，Gps&DR整合導航系統1〇() 能提供較高精準度、較佳可靠度之優點，且改善衛星信號之追蹤/接收能力。圖2所示為根據本發明一實施例更新航海推算系統的參考位置和方位（例如，圖1中所示之航海推算系統1〇8 的參考位置和方向）流程20(^圖2將結合圖1進行描述。 0444-TW-CH Spec+Claim(filed-20090929).d〇i 11 在步驟202中，GPS接收器102根據所接收到之衛星 k號產生GPS導航資訊116。在步驟204中，卡爾曼濾波器144降低GPS導航資訊116中的雜訊。在步驟206中，卡爾曼濾波器144根據衛星信號的載波雜訊比（CN〇)以及GPS接收器102所測量到之車輛線速度Vgps，判斷所接收到之衛星信號之可靠度。如果在一段時間内（例如，90秒），車輛線速度Vcps 的平均值Vgps_aver大於一預設值Vpre(例如，6m/s)，且具有載波雜訊比大於一預定臨界值（例如，3〇db-hz)之衛星仏號個數大於一預定值Npre(例如，3個），則可認定接收到的衛星號為可靠的《接著在步驟208中，採用GPS導航 > 訊116以卡爾曼濾波器144更新航海推算系統1 〇8的參考位置和方位。如果在一段時間内，車輛線速度Vgps的平均值Vgps aver 不大於預設值Vm (例如，6m/s)，或者具有載波雜訊比大於一預定臨界值（例如，30db-hz)之衛星信號個數不大於一預定值NpRE (例如，3個），則可認定接收到的衛星信號為不可靠的。因此，在步驟210中，採用前次之DR導航資訊132更新航海推算系統ι〇8中之參考位置和方位。在步驟212中’航海推算系統108採用多個移動感應器測量移動物件之移動資訊，並透過整合移動資訊以及參考位置及方位計算DR導航資訊132。由此可見，透過週期性地更新航海推算系統1〇8的參考位置和方位，可矯正在航海推算的過程中，航海推算系統108中的累計誤差《由此，當衛星信號不可靠時，則由 0444-TW-CH Spec+CIaim(filed-20090929).doc 12 1379995 航海推算系統1〇8根據前次更新之可靠的Gps導航資訊 116計算出車輛之位置。因此，可實現Gps定位和航海推算定位間的平滑切換。圖3所示為根據本發明一實施例之估計迴轉儀（例如，圖1中所示之航海推算系統108中的迴轉儀112)參數值的方法流程3〇〇。如前所述，迴轉儀112的參數可用於降低迴轉儀112測量得到的角速度的誤差。迴轉儀112 的參數包括：迴轉儀112的零漂移和刻度因數，但不以此為限。由於迴轉儀112的參數會隨時間變化，其係由來源偏振度（degree of p〇iarizati〇n，d〇P)所造成，在導航過程中，需要週期性地對迴轉儀112目前之參數值進行估計。圖3將結合圖1進行描述。當GPS&DR整合導航系統1〇〇被供電後，Gps接收器 =2開始工作。在步驟3〇2中，從迴轉儀112中之一儲存單π中（圖1中未示）讀出迴轉儀112的初始參數，包括一初始零漂移Β_。和一初始刻复因數s_·。。在另一實施例中，儲存單το可被設計為位於迴轉儀112之外。在步驟 304中，迴轉儀112接收來自Gps接收器1〇2之線速度Vcps 和角速度wCPy在步驟306中，迴轉儀112測量一移動物件（例如車輛）的角速度HU。，並以初始零漂移u。根據方程式（5)對角速度Wgyr。進行修正：

Wgyro=Wgyr〇+Bcyr〇_〇-------------------------------

在步驟308巾，如果線速度Vcps小於一預定臨界值VpREi ^其指示車輛處於停止狀態），或如果線速度 Vcps大於1 一預定臨界值且角速度^騎對則、於_預定臨界值WpRE i

I 0444-TW-CH Spec+Claim(fiIed-20〇9〇929).doc 13 1379995 (其指示車輛處於直行狀態），則在步驟3〇6中修正之角速度WGYR。可被認定為合格的且儲存於一儲存單元中（圖i 中未示），用於之後的計算。在步驟310中，如果健存於儲存單元中的合格角速度Wgyr。的個數不小於一預定臨界值 Nm，則在步驟312中以儲存於儲存單元中之合格角速度 WGYR°计舁零漂移之主偏移量（primary offset of the zero drift)。零漂移之主偏移量可由方程式（6)得之： ife/to5i=-mean(WcYR〇)------------------------( 6 ) 办別表示迴轉儀112之零漂移之主偏移量。函數 niean()用於计其合格的角速度值wGYR。的平均值。在一實施例中’仏1^可設定為50。待計算零漂移之主偏移量办如別之後，儲存單元可從合格角速度Wgyr。中選出最早存入之角速度Wgyrq，並將其從儲存單元中刪除。在步驟308中，如果線速度Vgps不小於預定臨界值VpREi 且不大於預定臨界值\rPRE2，或角速度Wgps的絕對值不小於預定臨界值WPRE，或在步驟31〇中，如果合格角速度Wgyr〇的個數小於預定臨界值Npre，則流程300返回至步驟304。在步驟314中’在步驟306中修正之車輛角速度Wgyr〇可根據方程式（7)以零漂移之主偏移量制做再一次之修正：

Wgyr〇=Wgyro+ deltaBX-----------------------( 7 ) 在步驟316中，GPS接收器102所輸出之角速度WcPS、在步驟314中修正之角速度队⑽、以及初始刻度因數被發送至迴轉儀112令的卡爾曼滤、波器 142，進而估計迴轉儀112的參數值。在—實施例中，卡爾曼濾波器142可 t 14 0444-TW-CH Spec+Claim(filed-20090929).d〇c 1379995 jgyr〇估算零漂移之次偏移量办/tefi2以及目前之刻度因數\ 在步騾318中，迴轉儀U2的目前零漂移5cfJ可根據方程式（8)’透過零漂移之主偏移量制/α^、零漂移之次偏移量制如们、以及初始零漂移5Gra〇j>計算得之：

Bcyro= Bcmo 0 + deltaBX + deltaBl------------------⑻ 在步騾320中，車輛之角速度可根據方程式（9)，基於步驟316估算之目前刻度因數sC)w以及步驟318中計算而得之目前零漂移，做第三次之修正： --------------------------------------------------( 9 ) 修正後的角速度^可被發送至航海推算模組114作為車輛的測量角速度Wdr 130，以計算DR導航資訊132。在一實施例中，修正後的角速度％也被發送至里程表 110 ’用於控制里程表110的參數估計。此外，待在步驟316中對迴轉儀112的目前刻度因數心聊進行參數估計之後，且在步驟318計算得到迴轉儀i12 的目前零漂移之後，在步驟322中，每隔一段預定時間（例如，30分鐘），儲存在儲存單元内之迴轉儀ι12之初始參數值，包括初始零漂移。和初始刻度因數 ’可以目前零漂移和目前刻度因數知^更新之。圖4所示為根據本發明一實施例之估計里程表（例如’圖1中所示之航海推算系統108中之里程表11〇)參數值之方法流程400。如前所述，里程表110的參數可用以降低里程表11〇所測量得到之線速度誤差。里程表n〇的參數包括：車輪一周對應輸出脈衝數、車輪旋轉半徑、代表車輪旋轉半徑除以一線速度之比例因數、以及車輪旋 0444-TW-CH Spec+CIaim(fiJed-20090929).doc 15

將結合圖1進行描述。 110的參數隨時間變化，損所造成，故在導航過程週期性地進行估計。圖4

括單輪一周對應輸出脈衝數欠〇、心〇〇〇、初始比例因數c^o、既被供電後，GPS接收器中，從里程表110中之一儲存里程表110的初始參數，其包數^>〇〇〇、初始車輪旋轉半徑以及車輪旋轉半徑的初始靜態誤差細)。在-實施財，儲存單元也可以設計在里程表 T之外。在步驟404中，里程表11〇接收來自奶接收益10^之線速度^和角速度“，並接收來自迴轉儀112 之目别角速度Wdr 130。在步驟406中，里程表11〇在單位時間内計數車輪脈衝數，接著，可根據方程式 (10)且基於所計數出之車輪脈衝數、車輪一周對應輸出脈衝數 4^0、以及初始車輪旋轉半計算出一移動物件（例如’一車輛）之線速度VGPS : V〇D〇=K〇D〇/K〇D〇0*2 7Γ ^RodoO----------------------( 1 〇) 表示里程表110所測量之車輛目前線速度Vgps。表示單位時間内所計數出之車輪脈衝數。在步驟408中’如果線速度Vgps大於一預設臨界值vPRE 且角速度Wdr 130小於一預設臨界值Wpre，表示車輛的運行狀態正常’則可在下一步驟410中用於估計里程表no 的參數值。在步驟408中，如果線速度Vgps不大於預設臨界值V咖或角速度Wdr13〇不小於預設臨界值Wm，表示車 444 TW-CH Spec+Claim(filed-20090929).doc 16 輪的運行狀態異常，則流程400返回至步驟404。 &步驟410中，GPS接收器102所測量的線速度VCPS、里程表110在步驟406中所測量的線速度、初始比例因 &ccoo〇、以及車輪旋轉半徑的初始靜態誤差办加則被發送至里程表110中的卡爾曼濾波器140，用於估計里程表110 的^數值。在一實施例中，卡爾曼濾波器140可用於估計目月·】比例因數c〇〇〇以及車輪旋囀半徑的目前靜態誤差 deltaR ° 在步驟412中，可根據方程式（丨丨）計算目前車輪旋轉半徑： ^odo C0D〇 ^ q ^ deltaR--------------------(11) 及〇〇〇表示目前的車輪旋轉半徑。表示目前比例因數。办/toi?表示車輪旋轉半徑的目前靜態誤差表示里程表110所測量之車輛線速度^ 表示車輛的初始車輪旋轉半徑。在步騾414中，可根據方程式（12)並基於目前的車輪旋轉半徑7?咖、單位時間内所計數出之車輪脈衝數、以及車輪一周對應輸出脈衝數尤〇〇〇0，修正由里程表η〇所測量出之線速度匕^: ^〇d〇 ~2 7Γ ^Rodo ^Kodo/Kodo〇-----------------------(12) 之後，修正後的線速度匕如即可作為車輛之線速度VDR 128被發送至航海推算模組114中。此外，待步驟410估計目前比例因數心^和目前靜態誤差办之參數值後，且在步驟412中計算目前的車輪旋轉半徑之後，在步驟416中，儲存在儲存單元中之里 0444-TW-CH Spec+Claim(filed-20090929).doc 17 =表110之初始參數（包含：初始比例因數、〇、初始靜怎誤差办如仙、以及初始車輪旋轉半徑々咖0)可每隔—段時，（例如’30分鐘）’分別更新為目前比例因數^、目前靜態誤差制⑽、以及目前的車輪旋轉半徑λ000。圖5所示為根擄本發明一實施例由Gps&DR導航系統 (例如，圖1中所示之GPS&DR整合導航系統1〇〇)所執行之操作流程500 〇圖5將結合圖1和圖2進行描述。待GPS&DR整合導航系統100被供電後，在步驟5〇2 中，GPS接收器1〇2根據多個衛星信號產生Gps導航資訊 U6。在步驟5〇4令，卡爾曼濾波器144降低Gps導航資訊11^中的雜訊。在步驟506中，卡爾曼濾波器144根據衛星信號的載波雜訊比（CN0)以及GPS接收器1〇2測量得到之車輛線速度VGPS，判斷接收到之衛星信號的可靠度。、，如果在一&時間内（例如，9〇秒），車輛線速度的平均值vGPS_AVER大於一預設速度VpRE (例如，6m/s)，且具有載波雜訊比大於一預定臨界值（例如，3〇db_hz)之衛星仏號個數大於一預定值（例如，3個），則可認定接收到之衛星信號為可靠的。因此，在步驟5〇8中，可採用經由卡爾曼濾波器144修正過之GPS導航資訊116更新航海推算系統108中之參考位置和方位。如果在—段時_ ’車輛線速度^的平均值V_R 不大於一預設速度VpRE (例如，6m/s)，或具有載波雜訊比大於一預定臨界值（例如，30db-hz)之衛星信號個數不大於一預定值（例如，3個），則可認定接收到之衛星信號為不可靠的。因此，在步驟510中，可採用前一筆dr導

S 0444-TW-CH Spec+Claim(filed-20090929).doc 18 1379995 航資訊132更新航海推算系統⑽中之參考 ^ 器測= 二算系統1〇8透過多個移動感立應詞置移動物件的轉#訊，並透 ^ 位置及方位計算⑽導航資訊132透過“移動貝訊和參考在步驟514中，權重模組1〇4計算咖導的權重和DR導航資訊132的權重。在步驟516中，卡爾曼滤波器⑽可猶GPS導航資訊116的權重和貧訊132的權重，整合Gps導航資訊116和⑽導航 132，進而得到觀測資訊。在步驟518中，卡爾曼遽波器 106透過整合觀測資訊與前一筆導航資訊，進

的導航資訊。异目月J 因此’GPS&DR整合導航系統1〇〇包括-奶接收器 ⑽根據户個衛星信號產生移動物件的奶導航 HGPS&DR整合導航系統還包括一航海推算系統1〇8°，透過整合移動物件的移動資訊以及參考位置和方位進而，算移動物件賴導航資訊132。若魅㈣被認定為可靠’則採用GPS導航資訊ι16更新航海推算系統1〇8令之參考位置和方位。若衛星信號被認定為不可靠則採用前週期中之DR導航資訊132更新航海推算系統108中之參考位置和方位。此外，可採用多個移動感應器測量移動物件的移動資訊。GPS接收器1〇2所接收到之線速度和角速度可被輸入至航海推算系統108,以估計移動感應器的參數，並根據參數修正所測量的移動資訊。因此，當衛星仏號被認定為不可靠時，航海推算系統1〇8的最新參數可用於平滑GPS定位和航海推算定位間的切換。 _ 0444-TW-CH Spec+Claim(filed'20090929).d< oc 19 1379995 GPS&DR整合導航系統100還包括卡爾曼滤波器1 〇6，其可根據GPS導航資訊116的權重和DR導權重，整細導航資訊，DR導航資 == 异導航貢訊。權重模組104可根據衛星信號之位置精度因子（PDOP)和載波雜訊比（CN0)，進而計算Gps導航資訊 116的權重和DR導航資訊132的權重。上文具體實施方式和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然，在*麟__請專利朗所界定的本發明精神和保護範圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本技術領域中具有通常知識者應該理解，本發明在實際應用 :可根據具體的&境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、佈局、比例、材料、元素、元件及其它方面有所變化。因此’在此披露之實_僅用於說明: 非限制，本發明之範圍由後附申請專利範圍及其合法均等物界定’而不限於此前之描述。【圖式簡單說明】〜以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方法進行詳細的描述，以使本發明的特徵和優點更為明顯。其中：圖1所不為根據本發明一實施例全球定位系統與推算（GPS&DR)整合導航系統方塊圖。圖2所示為根據本發明一實施例之更新航的參考位置和方位之流程。异糸統圖3所不為根據本發明一實施例之估計迴之方法流程。 > 值 0444-TW-CH Spec+Claim(filed-20〇9〇929).doc 20 1379995 圖4所不為根據本發明一實施例之估計里之方法流程。狂衣，数值圖5所示為根據本發明一實施例由全球海推算⑽膽合導航系統所執行之操作流=、航【主要元件符號說明】 100 .全球定位系統與航海推算（GPS&DR)整合導航系統 102:GPS接收器

104 :權重模組 106 :卡爾曼濾波器/據波器 108 :航海推算（DR)系統 110 :里程表 112 :迴轉儀 114 :航海推算模組 116:GPS導航資訊 126 :位置和方位

128 :線速度 130 :角速度 132 : DR導航資訊 140、142、144 :卡爾曼濾波器 146 :導航資訊 148 :顯示幕 200 ·流程 202〜212 :步驟 0444-TW-CH Spec+Claim(filed-20090929).doc 21 1379995 300 :流程 302〜322 : 400 :流程 402〜416 : 500 :流程 502〜518 : 步驟步驟步驟 0444-TW-CH Spec+Claim(filed-20090929).doc 22

Claims

申請專利範圍： 1.種全球定㈣統與航海推算整合導航系統括包據:接收器，耦接至一移動物件，且根疋位糸統導航資訊；衣推算系統’输至該移祕件，且透過整合二舍物件的—移動資訊以及該航海推算系統中之 /it置及方位’進而週期性地計算該移動物件之一航海推算導航資訊；航器’耦接至該全球定位系統接收器和該 a异糸統，且週期性地計算該移動物件的一導 =資=，其中，該第—濾波器根據該全球定位系統 =航資訊的-權重值和該航海推算導航資訊的一權值’整合該全球粒系統導航f贿該航海推算，航資訊’進而得到—觀測資訊，且，該第一滤波，透過整合該朗資訊與_先前導航資訊，進而計算一當前導航資訊；以及一權重模組’祕至該全歡㈣統接㈣，且根據該夕個衛星信號之具有—餘雜訊比大於一第一預設臨限值的做計算該球定㈣統導航資訊的該權重值和該航海推算導航資訊的該權重值。如申請專利個第1項的導航系統，進-步包括·· 一第二濾波器，耦接至該全球定位系統接收器，且根擄該載波雜訊比及該移動物件之一線速度確定該全球定位系統接收器接收的該多個衛星信號是否可靠。 3·如申請專利範圍第〗項的導航系統，其中，若具有該載波雜訊比大於該第一預設臨限值的該多個衛星信號的個數大於一第二預設臨限值，則該權重模組根據該多個衛星信號的一位置精度因子計算該全球定位系統導航資訊的該權重值和該航海推算導航資訊的該權重值。 4·如申請專利範圍第丨項的導航系統，其中，若具有該載波雜δίΐ比大於該第一預設臨限值的該多個衛星信號的個數小於該第二預設臨限值，則該權重模組設定該全球定位系統導航資訊的該權重值為一第_ 預設值，並設定該航海推算導航資訊的該權重值為一第二預設值。 5. 如申請專利範圍第1項的導航系統，進一步包括：一第三濾波器，耦接至該全球定位系統接收器，且降低該全球定位系統導航資訊之一雜訊。 6. 如申請專利範圍第1項的導航系統，其中，若該全球定位系統接收器所測量得到之該移動物件的一線速度平均值大於該第二預設臨限值，且具有該載波雜訊比大於一第三預設臨限值的該衛星信號的個數 24 大於-第四預設臨限值，則_該全球定位系統導航資訊更新該參考位置及方位。 7·如申請專利範圍第1項的導航系統，進-步包括：迴轉儀，輕接至該移動物件，且測量該移動物件之—第一角速度；以及 -里程表，祕至鄉動物件，且測量該移動物件之-第-線速度；其中，該移動物件的該移動資訊係包括該第一角速度和該第一線速度。 8·如申請專利範圍第7項的導㈣統，其中，該迴轉儀包括-第四舰||，根據該第—角速度以及該全球定位系統接收器所測量而得之一第二角速度估算該迴轉儀的多個參數值’其中，該迴轉儀根據估計後之該多個參數值降低該第一角速度之一誤差。 9. 如中請專利範圍第7項的導航綠，其中，該里程表包括一第五濾波器，根據該第一線速度以及由該王球疋位系統接收器所測量而得之一第二線速度估 °十該里程表的多個參數值，其中該里程表根據估計後之該多個參數值降低該第一線速度之一誤差。 10. 如申請專利制第丨項的導航线，進—步包括： *、、負示幕，顯示來自該第一滤波器之該移動物件之該導航資訊。 11'種提供一移動物件之一導航資訊的方法，包括：根據一全球定位系統接收器接收的多個衛星信號計 25 1379995 算該移動物件之-全球定位系統導航資訊；整合該移動物件之_軸資顧及-鱗推算系統之一參考位置及綠，躺計算該移動二航海推算導航資訊；〒（瓶

根據，全球枝系統導航資訊之-權重值以及該航海推算導航#狀—權重值，整合該域定位系統導航資訊以及該航海推算導航資訊，進而透過一第一濾波器取得一觀測資訊； I合該觀測資訊以及一先前導航資訊，進而透遶該慮波器計算一當前導航資訊；以及根據該多個衛星信號之具有一載波雜訊比大於一第一預设臨限值的個數，透過一權重模组計算該全球定位系統導航資訊的該權重值和該航海推算導航資訊的該權重值。

12.如申請專利範圍第丨丨項的方法，進一步包括：根據該載波雜訊比及該移動物件之一線速度確定該全球定位系統接收器接收的該多個衛星信號是否可靠。 13.如申請專利範圍第u項的方法，其中，該根據該全球定位系統導航資訊計算該全球定位系統導航資訊的該權重值和該航海推算導航資訊的該權重值之步驟包括：若具有該載波雜訊比大於該第一預設臨限值之該多 26 個衛星信號的個數大於一第二預設臨限值，則根據該多個衛星信號的一位置精度因子計算該全球定位系統導航資訊的該權重值和該航海推算導航資訊的該權重值；以及若具有該載波雜訊比大於該第一預設臨限值之該多個衛星信號的個數小於該第二預設臨限值，則設定該全球定位系統導航資訊的該權重值為一第—預設值’並設定該航海推算導航資訊的該權重值為一第一預設值。如申請專利範圍第η項的方法，進一步包括：利用一第二濾波器降低該全球定位系統導航資訊之一雜訊。 15. 如申請專利範圍第11項的方法，進一步包括：若該全球定位系統接收器所測量到之該移動物件的一線速度平均值大於該第二預設臨限值，且具有該載波雜訊比大於一第三預設臨限值之該多個衛星信號的個數大於一第四預設臨限值，則根據該全球定位系統導航資訊更新該參考位置及方位。 16. 如申請專利範圍第11項的方法，進一步包括：利用一迴轉儀測量該移動物件之一第一角速度；以及利用一里程表測量該移動物件之一第一線速度；其中，該移動物件之該移動資訊係包括該第一角速 27 1379995 度和該第一線速度。 17. 如申請專利範圍第16項的方法’進一步包括：根攄該第一角速度和該全球定位系統接收器中之一第二角速度，估算該迴轉儀的多個參數值；以及根據估計後之該多個參數值，降低該第一角速度之一誤差。 18. 如申請專利範圍第16項的方法，進一步包括：根據該第一線速度和該全球定位系統接收器中之一第二線速度，估算該里程表的多個參數值；以及根據估計後之該多個參數值，降低該第一線速度之一誤差。 19. 如申請專利範圍第11項的方法，進一步包括：將該移動物件之該導航資訊顯示在一顯示幕上。

28 1379995 式圖八本正更 CT7I i /5

0 1 Γ379995 /5 2/ 002

<302 300_ 3/5 於儲存單元中取出迴轉儀之參數：Sgyroo & Bgyroo 啟GPS接收器接收線速度(Vgps) ^304 ^_ 及角速度(Wgps) 1 以迴轉儀在每一單位時間測量目前角速度 Wgyro 並以 Bgyro 铬 UfiYRn ^306 —_ ^cps^VraEi?'' '^LVgk>Vpre2 & Wgps<Weee2-- 否 -^ ___________^^ < 合格Wgyro的個數> Npre? ,__1__ 利用修正後之Wgyro計算迴轉儀之零漂移之主偏移量（DELTAB1) ，312 利用主偏移量DELTAB1修正Wgyro V314 利用一-^爾曼濾波器估算迴轉儀之參數值 ^316 … />322 母隔30分鐘，將儲存於儲存單元申之迴轉儀參數更新為估算而得之值計算目前零漂移bgvro r318 /-320 利用上述估算及計算出之值 _ 修正Wgyro 3 1379995 400 4/5 從儲存單元中取得里程表之參數： KodoO, RodoO, CodoO, DELTARO ，402 1 r 從GPS接收器接收線速度(Vgps)及角速度 (WGPS)，且從迴轉儀接收角速度(Wgyro) ,404 1 『 a 406 里程表根據方程式 Vodo=Kodo/KowO木2 7Γ *R〇D〇0 計算線速度V〇DO _______^^^__^408 ^-^gps>Vp2T^^ 〜s^且 WdR〈Wddp? ^.一是 ^410 否 -416 在卡爾曼濾波器中以Vgps，Vodo， CodoO, DELTAR0估算里程表之參數每隔30分鐘’將儲存於储^單元中之里程表‘ 數以估算值更新計算目前車輪旋轉半徑利用上述修正後參數，修正 V〇D〇圖 4 1379995 500

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