基于多传感器的车载组合导航系统关键技术研究-论文.pdf

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1、2014年第6期信息通信2O14(总第138期)INFORMATIoN&COM^仉jICATIONS(Sum．No138)基于多传感器的车载组合导航系统关键技术研究徐士厚(环达电脑(上海)有限公司，上海200436)摘要：车载导航系统由以前单一的导航系统逐渐发展为多传感器的车载组合导航系统，具有更高的精确度、可靠性和抗干扰性。文章首先分析了不同导航系统的特点，提出多传感器车载组合导航的必要性和优点，然后给出了组合导航的软硬件架构，对组合导航系统关键技术信息融合算法进行了详细探究，提出了工程实现的重要事项。关键词：多传感器；组合导航系统；信息融合中图分类号：TN967文献标识码：A文章

2、编号：1673．1131(2014)06．0034．020引言值；依此计算用户接收机的三维位置(经度、纬度和高度)、速度和时间信息。随着科技的快速发展，现代导航的使用越来越广泛，尤其在人们的日常生活中尤其常见。全球定位系统(GPS)具有定Il整位范围广、精度高的特点，且精度不随时间变化，在车载导航中I．．．．．．．擅杰得到了广泛应用，但GPS系统极易发生信号遮挡及干扰，导致网_--．-号彘_-．蠹-．糖瞎_．_i麓计信无法有效定位。惯性导航系统(INS)是一种完全自主式导航l镶冀息一系统，一般不会受外部干扰。INS系统在短时间内解算精度较列酗蠲禽高，但由于受到惯性器件误差的影响，导航

3、误差随时间积累，严I粥蝴l_．齄精謦蛲一理赶重影响了系统的导航精度。GPS和INS组合导航系统两者相括_。■一．互补充，优势得到充分发挥，是目前世界上广泛采用的组合导航f囊穰靛l----．摄取梅系统，这种组合导航的缺点是一旦GPS长时间失效，单纯的INS1电早轴}_1．．-蒜不能有效导航。在车辆中，可以利用里程仪提供的速度脉冲，计嚣靛计算机算出速度和距离信息进行补充，INS／里程仪组合是有效的替代方案。INS／里程仪组合系统无法解决方位误差角的问题，因而影响系统的定位及定向精度。为了进一步提高系统的定位和定向图1组合导航系统的结构精度，这就必须在车辆行驶过程中采取有效措施来对方位误差

4、MIMU模块由加速度计和陀螺仪组成，可以提供加速度和角进行修正，本文引入电子罗盘来实现。随着人们对导航要求角速度相关信息，利用积分，从而得到速度和位置信息，进行惯越来越高，以及道路越来越复杂，也可以考虑增加高度计辅助导性导航。电子罗盘利用磁场传感器对地球磁场进行测量，进而航。输出姿态信息，实现地磁导航。地磁导航适应性好，误差不会随着微机电系统(MEMS)技术的不断进步，MEMS技术随着时间产生累积。可以有效辅助车载导航汽车在行驶过程在消费类电子、汽车工业、生物医学、航空航天等领域得到了广中，车轮都会在不停地转动，而每一次车轮转动的角度都会促泛应用。MEMS传感元器件体积越来越小，精度

5、越来越高，价使里程计输出一个脉冲信号，汽车行驶的距离是通过计数器累格越来越低，应用于车载组合导航系统变得简单易行。随着经计输出脉冲的个数来计算得出的。济和科技的快速发展，人们对于车载导航的要求也越来越高，导航计算机的功能可大致分为两大类，其一是完成数据的基于MEMS多传感器的组合导航是目前研究的主流，也是今采集，其二是完成数据处理与解算，这包括误差补偿、初始校准、后车载导航的发展趋势。时间同步，坐标统一，信息融合处理等。导航计算机不仅需要1组合导航系统的硬件和软件结构有较高的计算速度和精度，还必须拥有较强的任务控制能力，1．1组合导航系统的硬件结构以及丰富的接口。车载导航中主要借助A

6、RM、DSP、FPGA等组合导航系统的硬件一般由GPS接收模块、微惯测量模嵌入式系统来实现。总之，不论是里程计还是GPS接收机，或块MIMU、里程仪、电子罗盘、组合导航计算机及电源等组成，是其它辅助设备，组合导航系统中的每一个硬件系统都有各自结构如图1所示。的功能特性，分别发挥着不同的作用，组合导航系统中的硬件由图1可以看出，在组合导航系统中，不同传感器如GPS设施缺一不可。接收机，MIMU、里程计等辅助设备提供所得数据，导航计算机1．2组合导航系统的软件的组成在采集完数据之后，开始对这些数据处理工作，直至将系统数组合导航系统的软件组成部分也由诸多模块构成，其中主据完全融合。最终由串

7、行口将融合后的导航数据输出到上位要有系统初始化模块、数据采集模块、数据预处理模块及信息机，从而被人们看到所需的相关信息。融合算法处理等。这些系统软件都有自己的独特的功能，比如GPS接收机是接收来自卫星发射的导航信号，捕获和跟踪数据采集模块，它主要是借助组合系统的硬件系统中的导航计各卫星信号的伪随机噪声码和载波，从中解调出卫星星历、时算机，与各个传感器之间进行数据的传输，从而让导航计算机钟改正参数等；测定伪距测量值，伪距变化率和载波相位观测对数据进行预处理工