本發(fā)明涉及導航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種車載組合導航系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

中國的車載導航產(chǎn)業(yè)起步于2002年，最近幾年，隨著中國汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，私家車的不斷普及，車載導航行業(yè)也隨之快速成長。車載導航技術(shù)經(jīng)過十多年的市場培育，用戶目標與需求已逐步明確，技術(shù)的研發(fā)、市場的培育逐步完善，車用導航裝置應(yīng)用市場也日臻成熟，現(xiàn)在已進入行業(yè)的快速發(fā)展時期。車載導航產(chǎn)品從早先單純的功能、基于單片機、CD/DVD光驅(qū)等構(gòu)造起來的簡單系統(tǒng)，發(fā)展到現(xiàn)在應(yīng)用功能多樣化、并基于更高性能處理器及支持豐富應(yīng)用的操作系統(tǒng)(如WinCE和ANDROID)的嵌入式信息處理和應(yīng)用系統(tǒng)，車載導航產(chǎn)品的技術(shù)性逐漸體現(xiàn)。

目前，中國能夠使用的衛(wèi)星定位方式有GPS和北斗，中國國內(nèi)的大部分導航系統(tǒng)也是基于這兩種系統(tǒng)，采用衛(wèi)星定位必須將天線放置在有可視衛(wèi)星的地方，這樣就決定了如果單純采用衛(wèi)星來定位就無法實現(xiàn)在大樓內(nèi)部、地下停車場、涵洞、隧道等特殊區(qū)域的定位問題，而且衛(wèi)星定位也存在跳點、低速運動定位精度偏低等問題。

隨著市場的不斷擴大，市場需求的不斷變化，越來越多的車載導航系統(tǒng)被研發(fā)出來。

例如，中國專利申請?zhí)?01310428760.8公開了一種車載組合導航方法及導航系統(tǒng)，該組合導航方法包括步驟：分別獲取衛(wèi)星信號信息、車輛角度變化信息，通過對衛(wèi)星信號進行解算得出當前車輛的位置及速度信息，通過車輛角度變化信息獲得實時角速度信息；輸出相應(yīng)信息供車載終端使用；其特征在于，通過OBD獲取行車電腦的車速信息，并將所述衛(wèi)星信號解算出的速度信息與所述OBD車速信息進行比較選擇；若衛(wèi)星信號接收不好，輸出所述OBD車速信息。該方法可以在不提高硬件成本的基礎(chǔ)上，較大程度地保證組合導航系統(tǒng)的連續(xù)性和可靠性。

再如，中國專利申請?zhí)?01410123943.3公開了一種基于GIS技術(shù)的北斗/GPS與INS組合車載導航定位系統(tǒng)，該組合車載導航定位系統(tǒng)由北斗二代-全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)、慣性導航系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)融合與控制系統(tǒng)四部分構(gòu)成；其中，慣性導航系統(tǒng)包括光纖陀螺、加速度傳感器、壓力傳感器、電子羅盤、整形電路及其與數(shù)據(jù)融合與控制系統(tǒng)連接的接口電路；數(shù)據(jù)融合與控制系統(tǒng)包括處理器及接口，處理器中集成有卡爾曼濾波模塊。本發(fā)明通過研發(fā)一種基于GIS技術(shù)的實時、穩(wěn)定、高精度北斗二代與GP/INS組合車載導航定位系統(tǒng)，實現(xiàn)車載北斗二代和GPS導航定位終端的兼容使用并且與INS組合，用戶既能接受到北斗二代信號，又能接受GPS信號，兼容使用，互相自動切換，提高了導航定位的精度和可靠性。

顯然，如上的現(xiàn)有技術(shù)中沒有解決在無可視衛(wèi)星的情形的導航工作，也沒有解決過濾衛(wèi)星跳點的問題。

現(xiàn)有技術(shù)中存在如上缺陷，難以適應(yīng)當今導航市場的發(fā)展趨勢和實際需要。為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明人結(jié)合多年的設(shè)計和生產(chǎn)經(jīng)驗，提出一種車載組合導航系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種車載組合導航系統(tǒng)，包括：運算處理器以及與運算處理器分別連接的衛(wèi)星定位模塊、IMU模塊、車輪傳感器、氣壓高度表、磁航向偏角及車輪周長校準開關(guān)和三軸電子羅盤校準開關(guān)，所述IMU模塊包括三軸加速度計、三軸陀螺儀、三軸電子羅盤。

進一步地，所述運算處理器包括三軸電子羅盤校準程序、磁航向偏角及車輪周長校準程序、車體姿態(tài)解算程序、車體速度解算程序、車體位置解算程序和傳感器融合定位算法程序。

為了進一步的提高車載導航系統(tǒng)的導航精度，本發(fā)明還包括對三軸電子羅盤進行校準的步驟，所述三軸電子羅盤的校準步驟如下：

(1)、閉合三軸電子羅盤校準開關(guān)，收集三軸電子羅盤采集的數(shù)據(jù)，通過三軸電子羅盤，采集各個時刻三個軸相對應(yīng)的磁場強度數(shù)據(jù)；

(2)、駕車行駛一段平坦且閉合的路徑；

(3)、采集三軸電子羅盤水平兩軸輸出的最大值和最小值；

(4)、解算三軸電子羅盤水平兩軸的偏置及比例系數(shù)；

(5)、將三軸電子羅盤的水平兩軸的偏置及比例系數(shù)保存到運算處理器中。

為了進一步的提高車載導航系統(tǒng)的導航精度，本發(fā)明還包括對磁航向偏角和車輪周長進行校準的步驟，所述磁航向偏角和車輪周長的校準步驟如下：

(1)、閉合磁航向偏角及車輪周長校準開關(guān)；

(2)、在衛(wèi)星正常定位的情況下，選取行駛過程中的一個隨機點A，直線行駛一段距離至B點，所述A點為行駛過程中的起點，所述B點為行駛過程中的終止點，通過衛(wèi)星定位模塊給出A點和B點之間的航向角和距離，通過IMU模塊和車輪傳感器給出A點和B點之間的航向角和距離；

(3)、比較上述兩種不同模塊解算出來的航向角和距離，通過運算處理器解算出兩種不同模塊給出的航向角差值和距離差值；

(4)、將通過運算處理器解算出的航向角差值和距離差值保存到運算處理器中。

進一步地，所述車載組合導航系統(tǒng)還包括Kalman濾波器，所述Kalman濾波器連接于所述衛(wèi)星定位模塊、IMU模塊和車輪傳感器。

為了進一步的提高車載導航系統(tǒng)的導航精度，本發(fā)明還包括對衛(wèi)星定位模塊的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)進行過濾的步驟如下：

(1)、導航系統(tǒng)正常工作時，將衛(wèi)星定位模塊解算出的位置信息X和IMU模塊及車輪傳感器解算出的位置信息Y分別輸入到Kalman濾波器中；

(2)、在導航系統(tǒng)中設(shè)定一個位置信息常值Z，將X和Y的差值與Z比較；

(3)、當X-Y>Z時，判定位置信息差別大，輸出IMU模塊及車輪傳感器解算出的位置信息；當X-Y≦Z時，判定位置信息差別小，輸出Kalman濾波器解算出的位置信息。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)越效果在于：

1、本發(fā)明所述的車載組合導航系統(tǒng)，通過車體行駛一個閉合路徑，經(jīng)過三軸電子羅盤校準程序能夠準確解算三軸電子羅盤各軸的磁偏置及比例系數(shù)。

2、本發(fā)明所述的車載組合導航系統(tǒng)，通過汽車行駛一直線距離，由衛(wèi)星定位模塊和IMU模塊同時給出的起止點的航向角和距離，經(jīng)過運算處理器解算出兩種不同模塊給出的航向角差值和距離差值，能夠準確解算磁航向偏角及車輪周長。

3、本發(fā)明所述的對衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)進行過濾的步驟，能夠在衛(wèi)星定位信息存在跳點時，對其進行有效規(guī)避。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的車載組合導航系統(tǒng)的示意圖；

圖2為本發(fā)明所述的三軸電子羅盤校準步驟的示意圖；

圖3為本發(fā)明所述的磁航向偏差和車輪周長校準步驟的示意圖；

圖4為本發(fā)明所述的對衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)進行過濾的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施方式作進一步詳細說明。

如附圖1所示，一種車載組合導航系統(tǒng)，包括：運算處理器以及與運算處理器分別連接的衛(wèi)星定位模塊、IMU模塊、車輪傳感器、氣壓高度表、磁航向偏角及車輪周長校準開關(guān)和三軸電子羅盤校準開關(guān)，所述IMU模塊包括三軸加速度計、三軸陀螺儀、三軸電子羅盤。

所述衛(wèi)星定位模塊將其確定的位置和速度信息輸出到運算處理器模塊；

所述IMU模塊將其測得的三軸陀螺儀、三軸加速度計和三軸電子羅盤的數(shù)據(jù)輸出到運算處理器；

所述車輪傳感器將其測得的車輪轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)輸出到運算處理器；

所述氣壓高度表和衛(wèi)星定位模塊的輸出，將其共同測得的高度數(shù)據(jù)輸出到運算處理器，通過運算處理器的解算處理，能夠解算出車體的高度；

所述IMU模塊和車輪傳感器的輸出，通過運算處理器的解算處理，能夠解算出車體的姿態(tài)、水平速度、水平位置。

這樣既能夠解決一定時間內(nèi)沒有衛(wèi)星信號的情況下的車體定位問題，同時在衛(wèi)星定位信息存在跳點時，也能夠?qū)ζ溥M行有效規(guī)避。

進一步地，所述運算處理器包括三軸電子羅盤校準程序、磁航向偏角及車輪周長校準程序、車體姿態(tài)解算程序、車體速度解算程序、車體位置解算程序和傳感器融合定位算法程序。

所述三軸電子羅盤校準程序，能夠確定三軸電子羅盤各軸的磁偏置及比例系數(shù)；

所述磁航向偏角及車輪周長校準程序，能夠確定當?shù)卮藕较蚱羌败囕喼荛L；

所述車體姿態(tài)解算程序能夠?qū)崟r解算出車體的姿態(tài)；

所述車體速度解算程序能夠?qū)崟r解算出車體的速度；

所述車體位置解算程序能夠?qū)崟r解算出車體的位置；

所述傳感器融合定位算法程序，綜合各傳感器的實時輸出值，通過Kalman濾波器給出滿足指標要求的車體的姿態(tài)、速度、位置。

如附圖2所示，為了進一步提高車載組合導航系統(tǒng)的導航精度，本發(fā)明還包括對三軸電子羅盤進行校準的步驟，所述三軸電子羅盤的校準步驟如下：

(1)、閉合三軸電子羅盤校準開關(guān)，收集三軸電子羅盤采集的數(shù)據(jù)，通過三軸電子羅盤，采集各個時刻三個軸相對應(yīng)的磁場強度數(shù)據(jù)；

(2)、駕車行駛一段平坦且閉合的路徑；

(3)、采集三軸電子羅盤水平兩軸輸出的最大值和最小值；

(4)、解算三軸電子羅盤水平兩軸的偏置及比例系數(shù)；

(5)、將三軸電子羅盤的水平兩軸的偏置及比例系數(shù)保存到運算處理器中。

由于本發(fā)明主要用到水平兩軸的輸出數(shù)據(jù)，故在校準過程中可行駛一平坦閉合路徑，如果校準過程中路面有上下坡還需要反方向行駛一周，以消除坡度帶來的影響。

如附圖3所示，為了進一步提高車載組合導航系統(tǒng)的導航精度，本發(fā)明還包括對磁航向偏角和車輪周長進行校準的步驟，所述磁航向偏角和車輪周長的校準步驟如下：

(1)、閉合磁航向偏角及車輪周長校準開關(guān)；

(2)、在衛(wèi)星正常定位的情況下，選取行駛過程中的一個隨機點A，直線行駛一段距離至B點，所述A點為行駛過程中的起點，所述B點為行駛過程中的終止點，通過衛(wèi)星定位模塊給出A點和B點之間的航向角和距離，通過IMU模塊和車輪傳感器給出A點和B點之間的航向角和距離；

(3)、比較上述兩種不同模塊解算出來的航向角和距離，通過運算處理器解算出兩種不同模塊給出的航向角差值和距離差值；

(4)、將通過運算處理器解算出的航向角差值和距離差值保存到運算處理器中。

由于地磁的磁航向偏角在各地不盡相同，車輪周長不盡相同，在用磁指明方向時，需首先確定當?shù)卮藕较蚱?，同時，車輪周長也需確定，本發(fā)明通過汽車行駛一直線距離，可同時確定磁航向偏角和車輪周長。

所述衛(wèi)星定位模塊、IMU模塊以及車輪傳感器解算的位置及速度信息是通過運算處理器模塊實現(xiàn)的。

如附圖4所示，所述車載組合導航系統(tǒng)還包括Kalman濾波器，所述Kalman濾波器連接于所述衛(wèi)星定位模塊、IMU模塊和車輪傳感器。

為了進一步提高車載組合導航系統(tǒng)的導航精度，本發(fā)明還包括對衛(wèi)星定位模塊的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)進行過濾的步驟如下：

(1)、導航系統(tǒng)正常工作時，將衛(wèi)星定位模塊解算出的位置信息X和IMU模塊及車輪傳感器解算出的位置信息Y分別輸入到Kalman濾波器中；

(2)、在導航系統(tǒng)中設(shè)定一個位置信息常值Z，將X和Y的差值與Z比較；

(3)、當X-Y>Z時，判定位置信息差別大，輸出IMU模塊及車輪傳感器解算出的位置信息；當X-Y≦Z時，判定位置信息差別小，輸出Kalman濾波器解算出的位置信息。所述衛(wèi)星定位模塊、IMU模塊以及車輪傳感器解算的位置信息是通過運算處理器模塊實現(xiàn)的。

X僅代表衛(wèi)星定位模塊解算出的某點的位置信息，Y僅代表IMU模塊及車輪傳感器解算出的該點的位置信息，Z的設(shè)置根據(jù)所述車載組合導航系統(tǒng)的要求精度而定。

在組合導航定位工作時，為提高導航定位精度，衛(wèi)星定位模塊需要實時準確的給出定位信息，當衛(wèi)星定位模塊丟失或數(shù)據(jù)存在跳點時，會嚴重影響最終導航定位的精度，本發(fā)明通過單獨衛(wèi)星定位與單獨IMU定位相比較的方式，規(guī)避了衛(wèi)星定位信息存在跳點時，定位精度不準的問題。

本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的任何變形、改進、替換均落入本發(fā)明的保護范圍。