基于DSP和GPS的车辆监控系统设计.doc

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1、基于DSP和GPS的车辆监控系统设计作者：赖　梅，刘　志    时间：2007-01-14    来源:        摘要:在车辆监控系统中,利用GPS能够全天候、连续、实时地获得高精度的三维位置航向和速度信息。但是,GPS卫星信号在隧道和山谷容易受到遮挡,通过GPS接收机不能获得连续准确的导航信息。为解决此类问题,讨论了利用滤波算法辅助GPS进行定位,弥补了GPS的缺陷。介绍了车辆监控系统的原理和数学模型,给出了基于DSP的车辆监控系统的硬件组成和软件编程,实现了车辆监控的组合方法。关键词:DSP;车辆监控;GPS;滤波算法　引　言在车辆监控系统中,利用GPS(GlobalPositio

2、nSystem)能够全天候、连续、实时地获得高精度的三维位置航向和速度信息。但是,GPS卫星信号在隧道和山谷容易受到遮挡,通过GPS接收机不能获得连续准确的导航信息。利用陀螺仪和里程仪组成惯性导航装置,能够自主地完成列车的位置和航向的连续推算,提供短时间内高精度的位置和航向信息,但是传感器在长时间工作过程中,不可避免地存在漂移误差影响。这些元件误差会直接导致导航系统定位误差增大,动态定位的精度降低,因此,传感器参数的动态补偿问题,一直是影响组合导航系统精度的关键因素。自80年代以来,国内外广泛开展了多信息融合技术尤其是传感器参数的动态补偿方法的研究。研究方向主要是以下两个方面:一方面是利用地

3、图信息尤其是典型路况信息(道路节点的位置和道路的航向信息)和自车状态(停车、匀速转弯、长直路匀速行驶等),完成传感器误差的补偿。这种方法的优点是算法简单,对误差项的常值漂移(即静态漂移)补偿效果比较明显。缺点是不能有效的补偿误差项的动态漂移及随机漂移,动态性能较差,而且对地图信息和列车的状态要求较高,实用性受到一定的限制。另一方面是利用Kalman滤波方法,把传感器误差作为状态量完成参数的动态补偿,把陀螺仪零位电压漂移误差和标度因数误差,用陀螺仪的漂移误差代替,优点是由于考虑了元件误差滤波后的位置和方向,精度较高。缺点是若滤波中断,没有保留传感器的误差补偿值,而利用元件参数的初值进行推算,导

4、航误差将随时间积累,组合系统的动态精度降低。本文从多传感器的信息融合角度出发,采用DSP(DigitalSignalProcessor)技术实现系统的滤波,而导航计算机仅仅实现地图匹配和监控功能。DSP是专用于数字信号处理的微处理机,配有专用增强汇编指令集,编程灵活,开发较容易,运算速度高,与其他单片处理机相比具有高速度、低功耗、高可靠性的特点,适于进行GPS信号实时处理。　硬件组成车辆监控系统中,方向传感器采用压电晶体陀螺,距离传感器采用里程计。经数字采样后,送到DSP进行滤波处理,处理后的数据放到双端口RAM.导航计算机从双端口RAM读出数据进行地图匹配和显示。　DSP及其外围芯片设计D

5、SP及其外围芯片电路原理如图1所示。作为系统的快速处理的执行者,微处理器采用TM320C32作为DSP芯片。TM320C32处理器芯片只有512个字节数据存储器,不含有程序存储器,因此必须为它扩展数据以及程序存储器。　高速数据传送与双端口RAM数据传送包括两个方面的内容:数据采集系统和下位计算机之间的数据传送;下位计算机和上位导航计算机之间的通讯。在本系统中使用了程序IˆO方式,实现DSP读取采集系统发送的频率信号,采用双端口RAM方式将在DSP中处理后的信号按指定方式发送到上位导航计算机中。　软件编程　DSP的初始化编程DSP的初始化编程就是针对具体的功能要求,重新设定DSP内部相关的环境

6、变量,以保证DSP处理器能够按编程者的预定方案进行。在系统程序设计中,DSP的初始化过程为:(1)DSP环境变量初始化;(2)中断初始化编程;(3)TMS320C32的IˆO控制初始化;(4)8254计数模块初始化等。　DSP数据处理模块DSP处理器数据处理的核心单元在中断服务程序中完成。这部分程序设计的最终目标为:在每个中断周期处理一次数据,每61组数据进行一次滤波处理,将处理后的数据发送到双口RAM存储单元。芯片自身竞争控制机制,可以避免DSP和上位导航计算机在读写双口RAM时,因竞争导致的读写错误,这样可以简化通信的编程。　数学模型　Kalman滤波算法车辆监控系统在实现列车行驶智能化

7、时,主要参考的是各类传感器测量得到的有关机车与前车障碍物的相对距离、相对速度、相对减速度等运动学参数的数据,而这些数据在测量过程当中由于传感器本身的热噪声、大气干扰和工作条件扰动等因素的影响,绝大多数都存在测量误差,所以行之有效的滤波算法,对于车辆监控系统性能的发挥和提高起着重要作用。Kalman滤波技术自上世纪60年代出现以来,经过众多领域的实践应用,显示出了在解决此类问题上的优势,并在智能车辆系统各单传感