TWI379995B - Global positioning system and dead reckoning integrated navigation system and navigation method thereof - Google Patents
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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 (1)
- 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 /50 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 5005/5
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