基于多傳感器的車載組合導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究-論文.pdf

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1、2014年第6期信息通信2O14(總第138期)INFORMATIoN&COM^仉jICATIONS(Sum．No138)基于多傳感器的車載組合導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究徐士厚(環(huán)達電腦(上海)有限公司，上海200436)摘要：車載導(dǎo)航系統(tǒng)由以前單一的導(dǎo)航系統(tǒng)逐漸發(fā)展為多傳感器的車載組合導(dǎo)航系統(tǒng)，具有更高的精確度、可靠性和抗干擾性。文章首先分析了不同導(dǎo)航系統(tǒng)的特點，提出多傳感器車載組合導(dǎo)航的必要性和優(yōu)點，然后給出了組合導(dǎo)航的軟硬件架構(gòu)，對組合導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)信息融合算法進行了詳細探究，提出了工程實現(xiàn)的重要事項。關(guān)鍵詞：多傳感器；組合導(dǎo)航系統(tǒng)；信息融合中圖分類號：TN967文獻標識碼：A文章

2、編號：1673．1131(2014)06．0034．020引言值；依此計算用戶接收機的三維位置(經(jīng)度、緯度和高度)、速度和時間信息。隨著科技的快速發(fā)展，現(xiàn)代導(dǎo)航的使用越來越廣泛，尤其在人們的日常生活中尤其常見。全球定位系統(tǒng)(GPS)具有定Il整位范圍廣、精度高的特點，且精度不隨時間變化，在車載導(dǎo)航中I．．．．．．．擅杰得到了廣泛應(yīng)用，但GPS系統(tǒng)極易發(fā)生信號遮擋及干擾，導(dǎo)致網(wǎng)_--．-號彘_-．蠹-．糖瞎_．_i麓計信無法有效定位。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)是一種完全自主式導(dǎo)航l鑲冀息一系統(tǒng)，一般不會受外部干擾。INS系統(tǒng)在短時間內(nèi)解算精度較列酗蠲禽高，但由于受到慣性器件誤差的影響，導(dǎo)航

3、誤差隨時間積累，嚴I粥蝴l_．齄精謦蟯一理趕重影響了系統(tǒng)的導(dǎo)航精度。GPS和INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)兩者相括_?！鲆唬パa充，優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，是目前世界上廣泛采用的組合導(dǎo)航f囊穰靛l----．?dāng)z取梅系統(tǒng)，這種組合導(dǎo)航的缺點是一旦GPS長時間失效，單純的INS1電早軸}_1．．-蒜不能有效導(dǎo)航。在車輛中，可以利用里程儀提供的速度脈沖，計囂靛計算機算出速度和距離信息進行補充，INS／里程儀組合是有效的替代方案。INS／里程儀組合系統(tǒng)無法解決方位誤差角的問題，因而影響系統(tǒng)的定位及定向精度。為了進一步提高系統(tǒng)的定位和定向圖1組合導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)精度，這就必須在車輛行駛過程中采取有效措施來對方位誤差

4、MIMU模塊由加速度計和陀螺儀組成，可以提供加速度和角進行修正，本文引入電子羅盤來實現(xiàn)。隨著人們對導(dǎo)航要求角速度相關(guān)信息，利用積分，從而得到速度和位置信息，進行慣越來越高，以及道路越來越復(fù)雜，也可以考慮增加高度計輔助導(dǎo)性導(dǎo)航。電子羅盤利用磁場傳感器對地球磁場進行測量，進而航。輸出姿態(tài)信息，實現(xiàn)地磁導(dǎo)航。地磁導(dǎo)航適應(yīng)性好，誤差不會隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的不斷進步，MEMS技術(shù)隨著時間產(chǎn)生累積?？梢杂行лo助車載導(dǎo)航汽車在行駛過程在消費類電子、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、航空航天等領(lǐng)域得到了廣中，車輪都會在不停地轉(zhuǎn)動，而每一次車輪轉(zhuǎn)動的角度都會促泛應(yīng)用。MEMS傳感元器件體積越來越小，精度

5、越來越高，價使里程計輸出一個脈沖信號，汽車行駛的距離是通過計數(shù)器累格越來越低，應(yīng)用于車載組合導(dǎo)航系統(tǒng)變得簡單易行。隨著經(jīng)計輸出脈沖的個數(shù)來計算得出的。濟和科技的快速發(fā)展，人們對于車載導(dǎo)航的要求也越來越高，導(dǎo)航計算機的功能可大致分為兩大類，其一是完成數(shù)據(jù)的基于MEMS多傳感器的組合導(dǎo)航是目前研究的主流，也是今采集，其二是完成數(shù)據(jù)處理與解算，這包括誤差補償、初始校準、后車載導(dǎo)航的發(fā)展趨勢。時間同步，坐標統(tǒng)一，信息融合處理等。導(dǎo)航計算機不僅需要1組合導(dǎo)航系統(tǒng)的硬件和軟件結(jié)構(gòu)有較高的計算速度和精度，還必須擁有較強的任務(wù)控制能力，1．1組合導(dǎo)航系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)以及豐富的接口。車載導(dǎo)航中主要借助A

6、RM、DSP、FPGA等組合導(dǎo)航系統(tǒng)的硬件一般由GPS接收模塊、微慣測量模嵌入式系統(tǒng)來實現(xiàn)?？傊?，不論是里程計還是GPS接收機，或塊MIMU、里程儀、電子羅盤、組合導(dǎo)航計算機及電源等組成，是其它輔助設(shè)備，組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的每一個硬件系統(tǒng)都有各自結(jié)構(gòu)如圖1所示。的功能特性，分別發(fā)揮著不同的作用，組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的硬件由圖1可以看出，在組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，不同傳感器如GPS設(shè)施缺一不可。接收機，MIMU、里程計等輔助設(shè)備提供所得數(shù)據(jù)，導(dǎo)航計算機1．2組合導(dǎo)航系統(tǒng)的軟件的組成在采集完數(shù)據(jù)之后，開始對這些數(shù)據(jù)處理工作，直至將系統(tǒng)數(shù)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的軟件組成部分也由諸多模塊構(gòu)成，其中主據(jù)完全融合。最終由串

7、行口將融合后的導(dǎo)航數(shù)據(jù)輸出到上位要有系統(tǒng)初始化模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊及信息機，從而被人們看到所需的相關(guān)信息。融合算法處理等。這些系統(tǒng)軟件都有自己的獨特的功能，比如GPS接收機是接收來自衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航信號，捕獲和跟蹤數(shù)據(jù)采集模塊，它主要是借助組合系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)中的導(dǎo)航計各衛(wèi)星信號的偽隨機噪聲碼和載波，從中解調(diào)出衛(wèi)星星歷、時算機，與各個傳感器之間進行數(shù)據(jù)的傳輸，從而讓導(dǎo)航計算機鐘改正參數(shù)等；測定偽距測量值，偽距變化率和載波相位觀測對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理工