專利名稱：一種gps接收裝置的自律輔助導(dǎo)航定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于陸地導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可實現(xiàn)在城市樓區(qū)、高架橋下和涵洞隧道等GPS衛(wèi)星信號盲區(qū)的定位連續(xù)性，提高GPS應(yīng)用范圍和GPS設(shè)備性能價格比的GPS接收裝置的自律輔助導(dǎo)航定位方法。
背景技術(shù)：
目前我國廣泛使用的GPS導(dǎo)航裝置，完全依賴于GPS衛(wèi)星信號，在城市立體交通發(fā)展日益加快、高層建筑發(fā)展迅猛等眾多因素影響下，形成了很多GPS信號盲區(qū)，這種情況下GPS接收機(jī)根本無法定位。因此，迫切需要一種可以在盲區(qū)輔助定位的方法，以保證導(dǎo)航的連續(xù)性。目前，可以實現(xiàn)輔助定位的方法主要有無線電測距輔助定位、地磁傳感器輔助定位和電子傳感器輔助定位。無線測距輔助定位要求在已知的GPS盲區(qū)大面積安裝無線發(fā)射設(shè)備，其成本難以控制，也不利于在山區(qū)等城區(qū)以外實施。另一輔助性定位方法為依賴大地磁場進(jìn)行，即在本體內(nèi)安裝地磁傳感器，這種方法在車輛等電磁干擾比較強或礦區(qū)附近，尤其是鐵、鎳等鐵磁礦區(qū)，因地磁傳感器失靈根本無法進(jìn)行輔助導(dǎo)航定位。采用電子傳感器輔助定位的方法簡單易行、成本低、見效快、短時間內(nèi)精度高、抗干擾性能好，不失是一種行之有效的輔助定位方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而提供一種在原GPS數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過對運行速度、運行方向數(shù)據(jù)的測算，實時輸出兩維的定位信息，從而讓GPS導(dǎo)航系統(tǒng)實現(xiàn)無盲區(qū)、抗遮擋、無間斷定位導(dǎo)航的GPS接收裝置的自律輔助導(dǎo)航定位方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的自律輔助導(dǎo)航定位方法如下第一步GPS天線接收信號后，由前置放大器CIL有選擇地對1575.42+1MHz的信號放大，信號經(jīng)過帶寬濾波器BPF濾波后，由偽隨機(jī)碼展頻解調(diào)器(KCA-36)展頻后解調(diào)，并由微處理器CPU(KCD-63)進(jìn)行解碼運算，并將處理后的數(shù)據(jù)使用TTL電平輸出，第二步偽隨機(jī)碼展頻解調(diào)器(KCA-36)上連接有標(biāo)準(zhǔn)頻率器KCY-71，在解碼后，CPU判斷可以接收到信號衛(wèi)星數(shù)量、信號強度等是否滿足定位需要，首次使用時，要求安裝設(shè)備后首先進(jìn)行初始化，以便得到并保存脈沖距離常數(shù)，初始化方法為GPS定位后讓載體運行速度保持在20公里以上，勻速直線行駛一段時間(30到50秒)，這樣就會自動計算得到的脈沖距離常數(shù)，并保存到RAM中，RAM中的數(shù)據(jù)由備份電池維持，第三步初始化工作結(jié)束以后如遇到GPS不能定位將自動切換到自律導(dǎo)航狀態(tài)，由與外部連接的角速度傳感器，在最后一次定位的基礎(chǔ)上通過積分運算得到當(dāng)前車輛的運行方向，再對車速傳感器的脈沖信號進(jìn)行單位時間計數(shù)得到前進(jìn)距離，然后換算出經(jīng)緯度的偏差值，從而得到當(dāng)前的實際經(jīng)緯度，第四步在初始化工作結(jié)束以后，只要在定位狀態(tài)下，速度在20公里以上，并保持勻速行駛時，就自動校正脈沖距離常數(shù)，這樣就可以隨時校正輪胎磨損和充氣氣壓不同帶來的輪胎半徑的誤差，校正環(huán)境影響造成脈寬的誤差，這也正是本裝置所提的自律所在。
衛(wèi)星信號接收單元電路包括GPS接收天線、前置放大器CIL和帶寬濾波器BPF，GPS天線收到信號后，由前置放大器CIL對1575.42±1MHz的信號放大，經(jīng)過帶寬濾波器BPF濾波后，通過帶寬濾波器BPF與混頻器相連接將信號送入衛(wèi)星信號處理單元電路，衛(wèi)星信號處理單元電路包括偽隨機(jī)碼展頻解調(diào)器(KCA-36)和與偽隨機(jī)碼展頻解調(diào)器(KCA-36)相連接的微處理器CPU(KCD-63)，CPU(KCD-63)完成導(dǎo)航電文解調(diào)，完成A/D轉(zhuǎn)換功能，完成A/D轉(zhuǎn)換后的累加計算，導(dǎo)入程序存儲器程序，導(dǎo)入RAM區(qū)工作參數(shù)，解碼后負(fù)責(zé)提供頻標(biāo)1Hz脈沖的服務(wù)，負(fù)責(zé)輸出二進(jìn)制導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
車輛的角速度傳感器采用壓電陶瓷角速度傳感器(EWT-82)，此傳感器有三個接線端子，電源地各使用一個端子，另一個端子為輸出端子，直接聯(lián)入GPS接收機(jī)上的微處理器CPU(KCD-63)輸入端，其信號變化范圍在1～1.5V內(nèi)，中心電壓為1.25V，每秒鐘感測范圍小于60度，每度電壓變化單位為25mV，順時針旋轉(zhuǎn)電壓升高，逆時針旋轉(zhuǎn)電壓降低，發(fā)生角度偏轉(zhuǎn)后，由GPS接收機(jī)的微處理器CPU(KCD-63)對此電壓量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行積分運算，求得偏轉(zhuǎn)角度。
一般情況下，當(dāng)GPS衛(wèi)星信號被遮擋后，普通GPS接收機(jī)將陷于癱瘓，而本發(fā)明則在GPS信號中斷前的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過對運行速度、運行方向數(shù)據(jù)的測算，實時計算并輸出兩維的定位信息，從而實現(xiàn)了在城市樓區(qū)、高架橋下和涵洞隧道等GPS衛(wèi)星信號盲區(qū)的定位連續(xù)性，極大地提高了GPS應(yīng)用范圍和GPS設(shè)備的性能價格比。本發(fā)明的特點是在現(xiàn)有GPS接收機(jī)的基礎(chǔ)上完成適合自律輔助導(dǎo)航實現(xiàn)的，利用GPS內(nèi)部的集成A/D轉(zhuǎn)換器，與外部角速度傳感器相連接，通過積分運算得到車輛的運行方向，再對車速傳感器的脈沖信號進(jìn)行單位時間計數(shù)得到前進(jìn)距離，然后換算出經(jīng)緯度的偏差值，從而得到當(dāng)前的實際經(jīng)緯度。因此本發(fā)明具有定位簡單易行、成本低、見效快、精度高、抗干擾性能好、可實現(xiàn)無盲區(qū)、抗遮擋、無間斷定位導(dǎo)航的優(yōu)點，不失是一種行之有效的輔助定位方法。


圖1為本發(fā)明的工作原理圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的自律輔助導(dǎo)航定位方法具體如下第一步GPS天線接收信號后，由前置放大器CIL有選擇地對1575.42±1MHz的信號放大，信號經(jīng)過帶寬濾波器BPF濾波后，由偽隨機(jī)碼展頻解調(diào)器(KCA-36)展頻后解調(diào)，并由微處理器CPU(KCD-63)進(jìn)行解碼運算，并將處理后的數(shù)據(jù)使用TTL電平輸出，第二步偽隨機(jī)碼展頻解調(diào)器(KCA-36)上連接有標(biāo)準(zhǔn)頻率器KCY-71，在解碼后，CPU判斷可以接收到信號衛(wèi)星數(shù)量、信號強度等是否滿足定位需要，首次使用時，要求安裝設(shè)備后首先進(jìn)行初始化，以便得到并保存脈沖距離常數(shù)，初始化方法為GPS定位后讓載體運行速度保持在20公里以上，勻速直線行駛一段時間(30到50秒)，這樣就會自動計算得到的脈沖距離常數(shù)，并保存到RAM中，RAM中的數(shù)據(jù)由備份電池維持，第三步初始化工作結(jié)束以后如遇到GPS不能定位將自動切換到自律導(dǎo)航狀態(tài)，由與外部連接的角速度傳感器，在最后一次定位的基礎(chǔ)上通過積分運算得到當(dāng)前車輛的運行方向，再對車速傳感器的脈沖信號進(jìn)行單位時間計數(shù)得到前進(jìn)距離，然后換算出經(jīng)緯度的偏差值，從而得到當(dāng)前的實際經(jīng)緯度，第四步在初始化工作結(jié)束以后，只要在定位狀態(tài)下，速度在20公里以上，并保持勻速行駛時，就自動校正脈沖距離常數(shù)，這樣就可以隨時校正輪胎磨損和充氣氣壓不同帶來的輪胎半徑的誤差，校正環(huán)境影響造成脈寬的誤差，這也正是本裝置所提的自律所在。
衛(wèi)星信號接收單元電路包括GPS接收天線、前置放大器CIL和帶寬濾波器BPF，GPS天線收到信號后，由前置放大器CIL對1575.42+1MHz的信號放大，經(jīng)過帶寬濾波器BPF濾波后，通過帶寬濾波器BPF與混頻器相連接將信號送入衛(wèi)星信號處理單元電路，衛(wèi)星信號處理單元電路包括偽隨機(jī)碼展頻解調(diào)器(KCA-36)和與偽隨機(jī)碼展頻解調(diào)器(KCA-36)相連接的微處理器CPU(KCD-63)，CPU(KCD-63)完成導(dǎo)航電文解調(diào)，完成A/D轉(zhuǎn)換功能，完成A/D轉(zhuǎn)換后的累加計算，導(dǎo)入程序存儲器程序，導(dǎo)入RAM區(qū)工作參數(shù)，解碼后負(fù)責(zé)提供頻標(biāo)1Hz脈沖的服務(wù)，負(fù)責(zé)輸出二進(jìn)制導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
車輛的角速度傳感器采用壓電陶瓷角速度傳感器(EWT-82)，此傳感器有三個接線端子，電源地各使用一個端子，另一個端子為輸出端子，直接聯(lián)入GPS接收機(jī)上的微處理器CPU(KCD-63)輸入端，其信號變化范圍在1～1.5V內(nèi)，中心電壓為1.25V，每秒鐘感測范圍小于60度，每度電壓變化單位為25mV，順時針旋轉(zhuǎn)電壓升高，逆時針旋轉(zhuǎn)電壓降低，發(fā)生角度偏轉(zhuǎn)后，由GPS接收機(jī)的微處理器CPU(KCD-63)對此電壓量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行積分運算，求得偏轉(zhuǎn)角度。車輛的角速度傳感器EWT-82的輸出端經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后與微處理器CPU(KCD-63)連接后，電源與GPS共電，這樣可以保證角度轉(zhuǎn)換計算的精度。
車輛的速度脈沖傳感器的選用根據(jù)車速表的種類選用，對于機(jī)械式車速表，可使用由光電碼盤和機(jī)械傳動三通器組成的傳感器，對于電脈沖計數(shù)器可直接將此電脈沖信號進(jìn)行變幅，即要求其電平為TTL電平。
偽隨機(jī)碼展頻解調(diào)器(KCA-36)集成了混頻器、壓控時鐘(VCO)、鎖相環(huán)(PLL)。其中鎖相環(huán)(PLL)與標(biāo)準(zhǔn)頻率器(KCY-71)相連接。
考慮到各種車輛輸出或轉(zhuǎn)換后的車速脈沖不具有同樣幅度的電平，微處理器CPU上的計數(shù)器與車輛的速度脈沖傳感器連接之間還可以設(shè)置有光電隔離器，隔離了來自汽車高壓點火時的電磁沖擊帶來的影響，對系統(tǒng)起到了保護(hù)作用。
標(biāo)準(zhǔn)頻率器使用了日本京瓷公司生產(chǎn)的KCY-71，此有源振蕩器的特點是不會因環(huán)境溫度的變化導(dǎo)致所產(chǎn)生振蕩頻率的漂移，這樣，我們在解擴(kuò)的同時也有效地抑制了零點漂移。在解碼后，判斷可以接收到信號衛(wèi)星數(shù)量、信號強度等是否滿足定位需要，不能滿足定位需要時，判斷內(nèi)存中是否保存有脈沖距離常數(shù)和方位角數(shù)據(jù)的時效性，滿足條件就切換用自律輔助導(dǎo)航；不能滿足以上條件，繼續(xù)搜索衛(wèi)星。在通過GPS衛(wèi)星定位后，自動進(jìn)行初始化工作，保存自律導(dǎo)航所用常數(shù)，待再次進(jìn)入盲區(qū)后使用。
權(quán)利要求
1.一種GPS接收裝置的自律輔助導(dǎo)航定位方法，其特征在于第一步GPS天線接收信號后，由前置放大器CIL有選擇地對1575.42±1MHz的信號放大，信號經(jīng)過帶寬濾波器BPF濾波后，由偽隨機(jī)碼展頻解調(diào)器(KCA-36)展頻后解調(diào)，并由微處理器CPU(KCD-63)進(jìn)行解碼運算，并將處理后的數(shù)據(jù)使用TTL電平輸出，第二步偽隨機(jī)碼展頻解調(diào)器(KCA-36)上連接有標(biāo)準(zhǔn)頻率器KCY-71，在解碼后，CPU判斷可以接收到信號衛(wèi)星數(shù)量、信號強度等是否滿足定位需要，首次使用時，要求安裝設(shè)備后首先進(jìn)行初始化，以便得到并保存脈沖距離常數(shù)，初始化方法為GPS定位后讓載體運行速度保持在20公里以上，勻速直線行駛一段時間(30到50秒)，這樣就會自動計算得到的脈沖距離常數(shù)，并保存到RAM中，RAM中的數(shù)據(jù)由備份電池維持，第三步初始化工作結(jié)束以后如遇到GPS不能定位將自動切換到自律導(dǎo)航狀態(tài)，由與外部連接的角速度傳感器，在最后一次定位的基礎(chǔ)上通過積分運算得到當(dāng)前車輛的運行方向，再對車速傳感器的脈沖信號進(jìn)行單位時間計數(shù)得到前進(jìn)距離，然后換算出經(jīng)緯度的偏差值，從而得到當(dāng)前的實際經(jīng)緯度，第四步在初始化工作結(jié)束以后，只要在定位狀態(tài)下，速度在20公里以上，并保持勻速行駛時，就自動校正脈沖距離常數(shù)，這樣就可以隨時校正輪胎磨損和充氣氣壓不同帶來的輪胎半徑的誤差，校正環(huán)境影響造成脈寬的誤差，這也正是本裝置所提的自律所在。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GPS接收裝置的自律輔助導(dǎo)航定位方法，其特征在于衛(wèi)星信號接收單元電路包括GPS接收天線、前置放大器CIL和帶寬濾波器BPF，GPS天線收到信號后，由前置放大器CIL對1575.42±1MHz的信號放大，經(jīng)過帶寬濾波器BPF濾波后，通過帶寬濾波器BPF與混頻器相連接將信號送入衛(wèi)星信號處理單元電路，衛(wèi)星信號處理單元電路包括偽隨機(jī)碼展頻解調(diào)器(KCA-36)和與偽隨機(jī)碼展頻解調(diào)器(KCA-36)相連接的微處理器CPU(KCD-63)，CPU(KCD-63)完成導(dǎo)航電文解調(diào)，完成A/D轉(zhuǎn)換功能，完成A/D轉(zhuǎn)換后的累加計算，導(dǎo)入程序存儲器程序，導(dǎo)入RAM區(qū)工作參數(shù)，解碼后負(fù)責(zé)提供頻標(biāo)1Hz脈沖的服務(wù)，負(fù)責(zé)輸出二進(jìn)制導(dǎo)航數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GPS接收裝置的自律輔助導(dǎo)航定位方法，其特征在于車輛的角速度傳感器采用壓電陶瓷角速度傳感器(EWT-82)，此傳感器有三個接線端子，電源地各使用一個端子，另一個端子為輸出端子，直接聯(lián)入GPS接收機(jī)上的微處理器CPU(KCD-63)輸入端，其信號變化范圍在1～1.5V內(nèi)，中心電壓為1.25V，每秒鐘感測范圍小于60度，每度電壓變化單位為25mV，順時針旋轉(zhuǎn)電壓升高，逆時針旋轉(zhuǎn)電壓降低，發(fā)生角度偏轉(zhuǎn)后，由GPS接收機(jī)的微處理器CPU(KCD-63)對此電壓量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行積分運算，求得偏轉(zhuǎn)角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GPS接收裝置的自律輔助導(dǎo)航定位方法，其特征在于車輛的速度脈沖傳感器的選用根據(jù)車速表的種類選用，對于機(jī)械式車速表，可使用由光電碼盤和機(jī)械傳動三通器組成的傳感器，對于電脈沖計數(shù)器可直接將此電脈沖信號進(jìn)行變幅，即要求其電平為TTL電平。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GPS接收裝置的自律輔助導(dǎo)航定位方法，其特征在于偽隨機(jī)碼展頻解調(diào)器(KCA-36)集成了混頻器、壓控時鐘(VCO)、鎖相環(huán)(PLL)，其中鎖相環(huán)(PLL)與標(biāo)準(zhǔn)頻率器(KCY-71)相連接，由CPU完成A/D轉(zhuǎn)換后并進(jìn)行自律導(dǎo)航計算。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可實現(xiàn)GPS衛(wèi)星信號盲區(qū)的定位連續(xù)性，提高GPS應(yīng)用范圍和GPS設(shè)備性能價格比的GPS接收裝置的自律輔助導(dǎo)航定位方法，在GPS信號中斷前數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對運行速度、運行方向數(shù)據(jù)的測算，實時計算并輸出兩維的定位信息，GPS天線接收信號后，信號經(jīng)放大、濾波、展頻解調(diào)、CPU解碼運算，在解碼后CPU判斷接收到信號衛(wèi)星數(shù)量、信號強度是否滿足定位需要，如GPS不能定位將自動切換到自律導(dǎo)航狀態(tài)，由角速度傳感器通過積分運算得到車輛的運行方向，對車速傳感器的脈沖信號計數(shù)得到前進(jìn)距離，具有定位簡單易行、成本低、見效快、精度高、抗干擾性能好、可實現(xiàn)無盲區(qū)、抗遮擋、無間斷定位導(dǎo)航的優(yōu)點，不失是一種行之有效的輔助定位方法。
文檔編號G01S19/26GK1595191SQ20041001036
公開日2005年3月16日 申請日期2004年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月22日
發(fā)明者吳曉北, 陳亨, 劉五一 申請人:河南紫辰科技發(fā)展有限公司