一種基于北斗衛(wèi)星導航的運動軌跡記錄與重繪系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及空間定位領域，具體指一種基于北斗衛(wèi)星導航的運動軌跡記錄與重繪系統(tǒng)。本發(fā)明設備中北斗衛(wèi)星導航模塊、單片機控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和USB接口依次相連，模式選擇按鍵以及顯示器模塊分別與單片機控制模塊相連；能夠根據(jù)運動者需要顯示包括UTC時間、經度、緯度、衛(wèi)星數(shù)量、速度和高度等定位信息；并且在運動過程結束之后，通過USB接口將上述信息載入計算機中，利用高斯投影公式轉換坐標系，結合地圖數(shù)據(jù)，將運動軌跡進行在地圖中重繪；并能顯示不同路段不同時間的運動速度，幫助運動者更好地結合自身的實際情況制定運動計劃。同時也可應用于如汽車、船舶、飛機等運輸工具的研發(fā)測試中，幫助設備的校準和機械的調試。
【專利說明】—種基于北斗衛(wèi)星導航的運動軌跡記錄與重繪系統(tǒng)
[0001]

【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及空間定位領域，特別涉及一種基于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的應用領域。

【背景技術】
[0003]隨著生活水平的提高和科研技術的進步，人們對于健康的追求愈發(fā)強烈，對于運動的管理也愈發(fā)的重要，尤其對于戶外運動，例如戶外長跑、自行車競賽和越野比賽等越來越受到人們廣泛喜愛和參與，此時對于運動軌跡的重繪和不同階段的速度和運動狀態(tài)的測試和分析，變得尤為重要，利用衛(wèi)星導航系統(tǒng)的定位信息，記錄運動者的路徑、速度、時間和經緯度等參數(shù)，并將這些參數(shù)轉化為運動軌跡輸出，將科學和客觀的掌握運動狀態(tài)，且便于運動者結合自身的實際情況制定日常鍛煉或比賽訓練計劃。
[0004]在科研領域，比如汽車、船舶、飛機等運輸工具的研發(fā)測試中，我們利用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(BDS)的定位精度高、定位時間快和可以雙向傳輸?shù)葍?yōu)點，繪制和輸出運動測試的軌跡和相關參數(shù)，便于之后設備校準和機械測試。
[0005]市場現(xiàn)有的進行空間定位研究的平臺多是基于美國全球定位系統(tǒng)、俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)及歐盟伽利略定位系統(tǒng)，在關鍵技術上缺少使用我國的自主知識產權，并且只能保證數(shù)據(jù)的單向傳輸，不利于長遠的科研發(fā)展；而北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)相較于三者，定位精度更高、刷新時間更短，可雙向傳輸，適合于大范圍在中國乃至全世界推廣應用。其次，目前的定位僅僅局限于定位信息的簡單輸出，還沒有將純粹的數(shù)據(jù)通過軌跡在地圖上描繪出來的系統(tǒng)。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中所存在的上述不足，提供一種基于北斗衛(wèi)星導航的運動軌跡記錄與重繪系統(tǒng)，根據(jù)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)對運動者的位置信息進行實時的記錄，在運動結束之后結合數(shù)字地圖，對整個運動軌跡進行重繪，并能顯示運動者在不同路段和不同時間的運動速度，幫助運動者更好地結合自身的實際情況制定運動計劃。本發(fā)明將突破傳統(tǒng)的運動方式，科學地管理運動。同時本發(fā)明也可應用于如汽車、船舶、飛機等運輸工具的研發(fā)測試中，繪制和輸出測試運動的軌跡和相關參數(shù)，幫助設備的校準和機械的測試。
[0007]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術方案:
一種基于北斗衛(wèi)星導航的運動軌跡記錄與重繪設備，包括北斗衛(wèi)星導航模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、模式選擇按鍵、顯示器模塊、單片機控制模塊和USB接口，其中所述北斗衛(wèi)星導航模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、模式選擇按鍵和顯示器模塊分別與單片機控制模塊相連，所述數(shù)據(jù)存儲模塊還與USB接口相連。
[0008]所述北斗衛(wèi)星導航模塊實時的采集衛(wèi)星定位信息，并將這些信息通過接口傳輸?shù)絾纹瑱C控制模塊中，所述衛(wèi)星定位信息包括UTC時間(協(xié)調世界時)、經緯度、衛(wèi)星數(shù)量、速度和高度信息；
使用時用戶通過模式選擇按鍵，從所述單片機控制模塊中讀取所需要的衛(wèi)星定位信息，將其顯示在顯示器模塊中；
所述單片機控制模塊將從北斗衛(wèi)星導航模塊所讀取到的原始衛(wèi)星定位信息逐條的存入數(shù)據(jù)存儲模塊中，當運動過程結束后，用戶通過USB接口將上述原始衛(wèi)星定位信息讀取到計算機中。
[0009]作為一種優(yōu)選，所述北斗衛(wèi)星導航模塊為VK3026M3G5，VK3026M3G5是目前世界上體積最小的BDS模塊板之一,其尺寸僅為25mm x 25mm x 4mm,的重量是約14克，內建具備快速定位及追蹤33顆衛(wèi)星的能力北斗芯片，內置備份電池，內置高增益LNA，雙路LD0，信號穩(wěn)定。該芯片定位速度快、功耗低、體積小、質量輕。其輸入、輸出信息具有格式清晰、信息量大、數(shù)據(jù)結構完整、功能多、控制靈活、可靠等特點，而且不需二次計算，數(shù)據(jù)傳輸兼容GPS技術和國際標準，適合二次開發(fā)；且該模塊串口可以輸出標準的TTL電平串行接口。
[0010]作為一種優(yōu)選，所述單片機模塊為MSP430，該芯片具有精簡指令集的混合信號處理器，其針對實際應用需求，將多個不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片機”解決方案，能夠實現(xiàn)信息的讀取、選擇和處理。
[0011]作為一種優(yōu)選，所述USB接口芯片為CH375B，能夠對U盤設備進行讀寫。
[0012]一種基于北斗衛(wèi)星導航的運動軌跡記錄與重繪方法，包括以下步驟:
(1)將北斗衛(wèi)星導航模塊所記錄的衛(wèi)星定位信息讀取到計算機中，將存有包括UTC時間、經度、緯度、衛(wèi)星數(shù)量、速度和高度的定位信息的設備通過USB接口芯片與計算機相連，將上述衛(wèi)星定位信息讀取到計算機中；
(2)對上述衛(wèi)星定位信息的進行模式識別和判斷，并判斷上述衛(wèi)星定位信息是否符合北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的格式；如果信號格式合格轉入下一步驟，否則轉向上一步驟；格式識別的內容主要包括對信號標示符是否是基于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的進行識別，這是因為目前市面上衛(wèi)星導航芯片主要是基于GPS的，其定位信息的標示符是GP，而北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的定位信息的表示符為BD ；
(3)將上述合格的衛(wèi)星定位信息載入計算機的運動軌跡重繪模塊中；
(4)利用高斯投影公式轉換坐標系，將上述衛(wèi)星定位信息在已有的數(shù)字地圖上繪制成運動軌跡，并將繪制的結果輸出和顯示出來。
[0013]進一步的，所述步驟(4)中，地圖上所繪制的運動軌跡中可以顯示不同路段和不同時間的運動速度。這樣運動者更加準確的了解運動過程的細節(jié)和狀態(tài)，以便更加細致和科學的調整運動節(jié)奏、制定運動計劃。
[0014]作為一種優(yōu)選，所述運動軌跡中不同路段和不同時間的運動速度，通過線條的不同顏色來表不。
[0015]作為一種優(yōu)選，所述運動軌跡中不同路段和不同時間的運動速度，通過線條的不同形狀來表示。
[0016]作為一種優(yōu)選，所述運動軌跡中不同路段和不同時間的運動速度，用數(shù)字的方式標注在對應運動軌跡周圍。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果: 本發(fā)明一種基于北斗衛(wèi)星導航的運動軌跡記錄與重繪系統(tǒng)，可以幫助運動者實時的記錄運動，包括UTC時間、經度、緯度、衛(wèi)星數(shù)量、速度和高度等定位信息；并且可以根據(jù)運動者的需要將對應信息顯示出來，供運動者參考；同時將上述實時定位數(shù)據(jù)逐條的存入數(shù)據(jù)存儲模塊中，當運動過程結束后，通過USB與電腦相連，將上述定位信息讀取到電腦中，通過高斯投影公式轉換坐標系，并結合現(xiàn)有的數(shù)字地圖將運動軌跡重新繪制出來，并可顯示運動者在不同路段不同時間的運動速度，這樣運動者可以根據(jù)上述運動軌跡和不同階段的運動速度，掌握運動的細節(jié)和狀態(tài)，并根據(jù)自身的實際情況制定合理運動計劃，尤其適合職業(yè)運動員比賽訓練計劃的制定。同時本發(fā)明也可應用于如汽車、船舶、飛機等運輸工具的研發(fā)測試中，繪制和輸出測試運動的軌跡和相關參數(shù)，可幫助設備的校準和機械的測試。
[0018]此外本發(fā)明基于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，較階段市面上基于美國全球定位系統(tǒng)、俄羅斯格洛納斯系統(tǒng)及歐盟伽利略定位系統(tǒng)相比，具有定位精度更高、刷新時間更短，可雙向傳輸(北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)具有短報文通信功能)等諸多優(yōu)勢，并且隨著北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的進一步完善和推廣，將具有更加廣闊的應用空間。
[0019]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為基于北斗衛(wèi)星導航的運動軌跡記錄與重繪設備。
[0020]圖2為基于北斗衛(wèi)星導航的運動軌跡重繪方法流程示意圖。
[0021]圖3為結合地圖數(shù)據(jù)重繪后的運動軌跡示意圖。

【具體實施方式】
[0022]下面結合試驗例及【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
【發(fā)明內容】
所實現(xiàn)的技術均屬于本發(fā)明的范圍。
[0023]一種基于北斗衛(wèi)星導航的運動軌跡記錄與重繪設備，如圖1所示，包括北斗衛(wèi)星導航模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、模式選擇按鍵、顯示器模塊、單片機控制模塊和USB接口，其中所述北斗衛(wèi)星導航模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、模式選擇按鍵和顯示器模塊分別與單片機控制模塊相連，所述數(shù)據(jù)存儲模塊還與USB接口相連。
[0024]所述北斗衛(wèi)星導航模塊實時的采集衛(wèi)星定位信息，并將這些數(shù)據(jù)通過接口傳輸?shù)絾纹瑱C控制模塊中，所述衛(wèi)星定位信息包括UTC時間、經度、緯度、衛(wèi)星數(shù)量、速度和高度信息；
使用時用戶通過模式選擇按鍵，從所述單片機控制模塊芯片中讀取所需要的衛(wèi)星定位信息，將其顯示在顯示器模塊中；
所述單片機控制模塊將從北斗衛(wèi)星導航模塊所讀取到的原始定位信息逐條的存入數(shù)據(jù)存儲模塊中，當運動過程結束后，用戶通過USB接口將上述原始定位信息讀取到計算機中。
[0025]作為一種優(yōu)選，所述北斗衛(wèi)星導航模塊為VK3026M3G5，VK3026M3G5是目前世界上體積最小的BDS模塊板之一,其尺寸僅為25mm x 25mm x 4mm,的重量是約14克，內建具備快速定位及追蹤33顆衛(wèi)星的能力北斗芯片，內置備份電池，內置高增益LNA，雙路LD0，信號穩(wěn)定。該芯片定位速度快、功耗低、體積小、質量輕。其輸入、輸出信息具有格式清晰、信息量大、數(shù)據(jù)結構完整、功能多、控制靈活、可靠等特點，而且不需二次計算，數(shù)據(jù)傳輸兼容GPS技術和國際標準，適合二次開發(fā)；且該模塊串口可以輸出標準的TTL電平串行接口。
[0026]作為一種優(yōu)選，所述單片機模塊為MSP430，該芯片具有精簡指令集的混合信號處理器，其針對實際應用需求，將多個不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片機”解決方案，能夠實現(xiàn)信息的讀取、選擇和處理。
[0027]作為一種優(yōu)選，所述USB接口芯片為CH375B，能夠對U盤設備進行讀寫。
[0028]上述基于北斗衛(wèi)星導航的運動軌跡的記錄和重繪過程如下:
運動者攜帶或佩戴上述基于北斗衛(wèi)星導航的運動軌跡記錄與重繪設備準備運動，按下所述設備的模式選擇按鍵，選擇進行設備的初始化(設備初始化的過程十分迅速，不會對運動者的運動計劃造成任何影響)，運動者開始運動，在運動過程中所述北斗模塊VK3026M3G5,實時記錄運動者的定位信息，該信息包括UTC時間、經緯度、衛(wèi)星數(shù)量、速度和高度，上述信息同時經過設備中的單片機MSP430控制模塊，逐條存入數(shù)據(jù)存儲模塊中；運動過程中運動者可以根據(jù)自己的需要，通過模式選擇按鍵，從所述單片機MSP430控制模塊芯片中讀取所需要的衛(wèi)星定位信息，將其顯示在顯示器模塊中。
[0029]運動過程結束之后，將上述設備通過USB接口 CH375B芯片與計算機相連，將相關定位信息讀取到計算機中，并對運動軌跡進行重繪，運動軌跡的重繪過程如圖2所示，包括以下步驟:
(1)將北斗衛(wèi)星導航模塊所記錄的定位信息讀取到計算中，將存有包括UTC時間、經度、緯度、衛(wèi)星數(shù)量、速度和高度的定位信息的設備通過USB接口芯片與計算相連，將上述定位信息讀取到計算機中；
(2)對上述定位信息的進行模式識別和判斷，并判斷上述定位信息是否符合北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的格式；如果信號格式合格轉入下一步驟，否則轉向上一步驟；格式識別的內容主要包括對信號標示符是否是基于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的進行識別，這是因為目前市面上衛(wèi)星導航芯片主要是基于GPS的，其定位信息的標示符是GP，而北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的定位信息的表不符為BD ；
(3)將上述合格的定位信息載入計算機運動軌跡重繪模塊中；
(4)利用高斯投影公式轉換坐標系，將上述定位信息在已有的數(shù)字地圖上繪制成運動軌跡，并將繪制的結果輸出和顯示出來。
[0030]目前BDS或GPS所使用的坐標系統(tǒng)基本都是WGS — 84坐標系,而我們使用的地圖大部分都屬于54北京坐標系或80西安國家大地坐標系。要使BDS定位信息正確地顯示在數(shù)字地圖上，必須將BDS定位結果，即大地坐標(L，B)轉換為本地高斯平面坐標(x，y)。
[0031]一般需要通過兩步轉換，首先將BDS的WGS-84的大地坐標(L，B)轉換為對應于WGS-84橢球的高斯坐標平面(x84，y84);然后再經過平面坐標轉換，將高斯平面坐標(x84，y84)強制符合到本地高斯平面坐標系統(tǒng)，以實現(xiàn)BDS定位信息在已有數(shù)字地圖中的正確匹配，(目前可以獲取的數(shù)字地圖很多比如說google earth數(shù)字地圖、百度地圖或者其他數(shù)字地圖)。
[0032]由已知的參考大地坐標系中點的大地緯度和大地經度(B, L)，求相應的高斯投影直角坐標(X，y)的公式，稱為高斯投影正算公式:

【權利要求】
1.一種基于北斗衛(wèi)星導航的運動軌跡記錄與重繪設備，包括北斗衛(wèi)星導航模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、模式選擇按鍵、顯示器模塊、單片機控制模塊和USB接口，其特征在于，所述北斗衛(wèi)星導航模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、模式選擇按鍵和顯示器模塊分別與單片機控制模塊相連，所述數(shù)據(jù)存儲模塊還與USB接口相連； 所述北斗衛(wèi)星導航模塊實時的采集衛(wèi)星定位信息，并將這些信息通過接口傳輸?shù)絾纹瑱C控制模塊中； 使用時用戶通過模式選擇按鍵，從所述單片機控制模塊中讀取所需要的衛(wèi)星定位信息，將其顯示在顯示器模塊中； 所述單片機控制模塊將北斗衛(wèi)星導航模塊所傳輸?shù)脑夹l(wèi)星定位信息逐條的存入數(shù)據(jù)存儲模塊中，當運動過程結束后，用戶通過USB接口將上述原始衛(wèi)星定位信息讀取到計算機中。
2.如權利要求1所述的一種基于北斗衛(wèi)星導航的運動軌跡記錄與重繪設備，其特征在于，所述北斗衛(wèi)星導航模塊為VK3026M3G5。
3.如權利要求1所述的一種基于北斗衛(wèi)星導航的運動軌跡記錄與重繪設備，其特征在于，所述USB接口芯片為CH375B。
4.如權利要求1所述的一種基于北斗衛(wèi)星導航的運動軌跡記錄與重繪設備，其特征在于，所述衛(wèi)星定位信息包括UTC時間、經度、緯度、衛(wèi)星數(shù)量、速度和高度信息。
5.一種基于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的運動軌跡記錄與重繪方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將北斗衛(wèi)星導航模塊所記錄的衛(wèi)星定位信息讀取到計算機中； (2)對上述衛(wèi)星定位信息的進行模式識別和判斷，并判斷上述定位信息是否符合北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的格式；如果信號格式合格轉入下一步驟，否則轉向上一步驟； (3)將上述合格的衛(wèi)星定位信息載入計算機的運動軌跡重繪模塊中； (4)利用高斯投影公式轉換坐標系，將上述衛(wèi)星定位信息在已有的數(shù)字地圖上繪制成運動軌跡，并將繪制的結果輸出和顯示出來。
6.如權利要求5所述的一種基于北斗衛(wèi)星導航的運動軌跡記錄與重繪方法，其特征在于，所述步驟(4)中所繪制的運動軌跡，可以顯示不同路段和不同時間的運動速度。
7.如權利要求5或6所述的一種基于北斗衛(wèi)星導航的運動軌跡記錄與重繪方法，其特征在于，所述運動軌跡中不同路段和不同時間的運動速度，通過線條的不同顏色來表示。
8.如權利要求5或6所述的一種基于北斗衛(wèi)星導航的運動軌跡記錄與重繪方法，其特征在于，所述運動軌跡中不同路段和不同時間的運動速度，通過線條的不同形狀來表示。
9.如權利要求5或6所述的一種基于北斗衛(wèi)星導航的運動軌跡記錄與重繪方法，其特征在于，所述運動軌跡中不同路段和不同時間的運動速度，用數(shù)字的方式標注在對應運動軌跡周圍。
【文檔編號】G01S19/39GK104181565SQ201410407973
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權日:2014年8月19日
【發(fā)明者】相煜帆, 吳書生, 謝宇君, 遲曉桐, 洪瑜玥, 周新志, 徐雪煬 申請人:四川大學