專利名稱：車載速度測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)車輛衛(wèi)星定位和導(dǎo)航的航位推算中車載速度測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
由于衛(wèi)星定位技術(shù)的日益成熟，各種車輛越來越多使用的衛(wèi)星定位、導(dǎo)航技術(shù)，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于大都市高架、隧道、立交橋等原因，許多地區(qū)衛(wèi)星信號(hào)接受不良，而且由于城市大建筑物帶來的無線電波多路效應(yīng)，大大降低了衛(wèi)星的定位精度，嚴(yán)重時(shí)造成衛(wèi)星無法定位，這樣的后果是不能提供連續(xù)準(zhǔn)確的車輛定位，影響了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的使用；為了解決這個(gè)問題，現(xiàn)在的車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中，普遍使用組合定位技術(shù)，即除了利用衛(wèi)星定位外，還利用航位推算算法，根據(jù)角速度傳感器測(cè)量車輛的航向變化、速度傳感器測(cè)量的車輛速度值和GPS或其他定位系統(tǒng)提供的基準(zhǔn)位置，在衛(wèi)星定位不好時(shí)能夠推算出相當(dāng)高的精度的，而且連續(xù)的定位信號(hào)。
航位推算算法能夠利用GPS或其他定位系統(tǒng)消除航位推算的累積誤差，從而實(shí)現(xiàn)車輛連續(xù)準(zhǔn)確的定位和速度、航向的測(cè)量；通常使用角速度測(cè)量元件為陀螺儀、車輛速度測(cè)量元件為車輛里程信號(hào)、ABS差速信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)等車輛速度傳感器，由于電路的不同、陀螺特性的不同、車輛種類的不同和車輛輪胎磨損程度不同，為了滿足定位的精度，需要對(duì)陀螺儀和車輛速度傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)；而目前沒有對(duì)安裝在車輛現(xiàn)場(chǎng)的陀螺儀和車輛速度傳感器存在的誤差進(jìn)行準(zhǔn)確校準(zhǔn)良好方法，亦即陀螺儀和車輛速度傳感器得到的數(shù)值不夠準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，而提出一種對(duì)車輛衛(wèi)星定位和導(dǎo)航的航位推算中車載速度測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)方法，準(zhǔn)確地對(duì)安裝在車輛的組合定位設(shè)備中的陀螺儀和車輛速度傳感器進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，從而大大提高組合定位設(shè)備生產(chǎn)、安裝效率，在車輛使用過程中自動(dòng)完成對(duì)陀螺儀和里程表的校準(zhǔn)，自動(dòng)消除車輛環(huán)境溫度變化、車輛輪胎磨損的影響，提高航位推算的精度，保證航位推算的可靠性。
本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是一種車載速度測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)方法，包括有以下步驟a.GPS接收儀接收到GPS定位數(shù)據(jù)；b.車載的速度測(cè)量?jī)x得到的儀表數(shù)據(jù)；c.判斷GPS定位數(shù)據(jù)和儀表數(shù)據(jù)，是否符合速度校準(zhǔn)模型I.若不符合，重新接收GPS定位數(shù)據(jù)和儀表數(shù)據(jù)；
II.若符合，對(duì)測(cè)量?jī)x原有的速度因子進(jìn)行修正，得到新的速度因子，進(jìn)行保存；其中修正方法為新速度因子為GPS和測(cè)量?jī)x得到的速度變化比值與原有速度因子之積；d.此新速度因子與儀表數(shù)據(jù)的乘積，即為車輛的真實(shí)速度。
進(jìn)一步地，所述速度測(cè)量?jī)x包括有角速度測(cè)量?jī)x和直線速度測(cè)量?jī)x，所述速度校準(zhǔn)模型包括有角速度校準(zhǔn)模型和直線速度校準(zhǔn)模型。
進(jìn)一步地，所述角速度校準(zhǔn)模型包括有GPS接收的衛(wèi)星數(shù)量、GPS定位精度因子、車輛直線速度、車輛轉(zhuǎn)彎的角度值和轉(zhuǎn)彎所耗時(shí)間。
進(jìn)一步地，所述直線速度校準(zhǔn)模型包括有GPS接收的衛(wèi)星數(shù)量、GPS定位精度因子、車輛直行最低速度、車速變化值、車輛行駛最短時(shí)間。
進(jìn)一步地，所述車輛直線行駛包括有相鄰兩次航向角度差值小于設(shè)定值。
進(jìn)一步地，所述對(duì)原有速度因子進(jìn)行修正a.對(duì)于角速度校準(zhǔn)模型，新角速度因子為GPS和測(cè)量?jī)x得到的航向變化比值與原有角速度因子之積；b.對(duì)于直線速度校準(zhǔn)模型，新直線速度因子為GPS和測(cè)量?jī)x得到的速度比值與與原有直線速度因子之積。
本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)校準(zhǔn)過程中，除了使用GPS本身航向信息外，還聯(lián)合使用陀螺儀測(cè)量的車輛航向信息，提高直線行使?fàn)顟B(tài)判定的準(zhǔn)確性和減少判斷時(shí)間，從而能提高速度因子校準(zhǔn)的可靠性；校準(zhǔn)后的速度因子直接寫入MCU內(nèi)部配置文件，代替原來的速度因子，從而斷電后也能使用新校準(zhǔn)的速度；使用GPS的衛(wèi)星時(shí)間來控制速度因子校準(zhǔn)的頻率，避免了車輛在高速公路行使時(shí)由于常常滿足校準(zhǔn)條件而帶來的大量校準(zhǔn)操作，從而減少對(duì)存儲(chǔ)器的頻繁擦寫，提高器件的可靠性。


圖1為本發(fā)明的流程示意圖；圖2為完成本發(fā)明的設(shè)備原理框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明。
如圖1所示的一種車載速度測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)方法，包括有以下步驟a.GPS接收儀接收到GPS定位數(shù)據(jù)；b.車載的速度測(cè)量?jī)x得到的儀表數(shù)據(jù)；c.判斷GPS定位數(shù)據(jù)和儀表數(shù)據(jù)，是否符合速度校準(zhǔn)模型I.若不符合，重新接收GPS定位數(shù)據(jù)和儀表數(shù)據(jù)；II.若符合，對(duì)測(cè)量?jī)x原有的速度因子進(jìn)行修正，得到新的速度因子，進(jìn)行保存；其中修正方法為新速度因子為GPS和測(cè)量?jī)x得到的速度變化比值與原有速度因子之積；d.此新速度因子與儀表數(shù)據(jù)的乘積，即為車輛的真實(shí)速度。
上述速度測(cè)量?jī)x包括有角速度測(cè)量?jī)x和直線速度測(cè)量?jī)x，相應(yīng)的速度校準(zhǔn)模型也包括有角速度校準(zhǔn)模型和直線速度校準(zhǔn)模型。
為了實(shí)現(xiàn)該校準(zhǔn)方法，車載的陀螺儀信號(hào)、車輛速度傳感器信號(hào)和GPS定位信號(hào)，必須接入到同一個(gè)微處理器(MCU)或者計(jì)算機(jī)，如圖2的使用航位推算技術(shù)的組合定位接收機(jī)的原理框圖。陀螺儀信號(hào)為角度位移信號(hào)，為了準(zhǔn)確計(jì)算角度，經(jīng)V/F變換或A/D轉(zhuǎn)換后送到MCU中央處理器；直接使用車輛本體的車輛速度傳感器測(cè)量車輛速度，通過速度與前行/倒車狀態(tài)的綜合測(cè)試得倒車輛的位移信號(hào)；MCU采用16位微處理器及以上更好性能的MCU，能保證運(yùn)算速度；MCU中央處理器對(duì)衛(wèi)星電文進(jìn)行分析和處理，當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)穩(wěn)定，定位精度滿足定位條件時(shí)，自動(dòng)消除自主導(dǎo)航的定位誤差，并自動(dòng)校準(zhǔn)陀螺儀和車輛速度傳感器；無論何時(shí)，MCU中央處理器一直在對(duì)車輛速度傳感器信號(hào)和陀螺儀信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算出自主定位數(shù)據(jù)；如果MCU中央處理器判斷GPS定位精度不夠或者衛(wèi)星定位失效，MCU中央處理器將輸出自主定位數(shù)據(jù)；如果MCU中央處理器判斷GPS定位精度優(yōu)秀，MCU中央處理器將根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)自動(dòng)校準(zhǔn)陀螺儀和里程表。
MCU軟件啟動(dòng)后自動(dòng)搜索GPS數(shù)據(jù)接口的定位數(shù)據(jù)流，能接受NMEA0183格式數(shù)據(jù)流；并在MCU內(nèi)部保留一組必要的而且有效的GPS定位參數(shù)；在程序啟動(dòng)時(shí)，將使用配置文件中的保留的角度因子N0和速度因子M0；MCU連續(xù)處理和測(cè)量車輛速度和角速度，并保留記錄一組有效的車輛速度和角度值。
MCU根據(jù)自動(dòng)校準(zhǔn)模型判斷能否利用GPS定位數(shù)據(jù)對(duì)陀螺儀角度因子和里程表速度因子接口的定位數(shù)據(jù)流和測(cè)量車輛速度和角速度，并保留記錄一組有效的車輛速度和角度值。
校準(zhǔn)結(jié)束后，清除校準(zhǔn)的狀態(tài)和相關(guān)記錄，等待下一次校準(zhǔn)。
一、角速度校準(zhǔn)模型陀螺儀的角度因子用N(mV/deg/s)來表示，表示意義為每秒一度的角速度時(shí)，陀螺儀輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓變化；N值的大小決定于陀螺儀的廠家和型號(hào)，對(duì)于每個(gè)陀螺來說，N值的大小都不一樣，在標(biāo)稱值的范圍內(nèi)變化；同時(shí)該因子隨環(huán)境變化而變化，例如安裝的水平度、環(huán)境溫度等。如果信號(hào)處理采用V/F轉(zhuǎn)換，陀螺儀的角度因子用Ndeg/s/p是等效的，表示意義為陀螺儀輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓變化產(chǎn)生的1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角速度變化值。
通常陀螺儀的校準(zhǔn)是在轉(zhuǎn)臺(tái)上進(jìn)行的，由于陀螺儀工作在設(shè)備內(nèi)，所以通常需要和設(shè)備一起放在轉(zhuǎn)臺(tái)上，這樣調(diào)試工作量較大。校準(zhǔn)的方法如下在無GPS信號(hào)的條件下，根據(jù)陀螺特性設(shè)定陀螺儀角度因子為n0，轉(zhuǎn)臺(tái)一定速度旋轉(zhuǎn)360°，測(cè)量出組合定位設(shè)備輸出的角度變化值A(chǔ)，如果角度差Δ(|A-360|)小于規(guī)定誤差值，陀螺儀角度因子N設(shè)為n0是合理的，不需要調(diào)整；如果Δ過大，且A大于360，陀螺儀角度因子N需要減小，調(diào)整值為N＝n0×360÷A；如果Δ過大，且A小于360，陀螺儀角度因子N需要增大，調(diào)整值為N＝n0×A÷360；對(duì)于陀螺儀，需要反復(fù)的校準(zhǔn)，確認(rèn)最終誤差落入規(guī)定的誤差內(nèi)。
對(duì)于有的陀螺儀，正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)時(shí)的因子不同，需要同時(shí)校準(zhǔn)正反轉(zhuǎn)時(shí)的因子。由于安裝時(shí)的水平度輕微的變化和道路本身的傾斜導(dǎo)致車輛傾斜，在試驗(yàn)室內(nèi)校準(zhǔn)的條件與使用條件會(huì)不一致，會(huì)影響角度測(cè)量的精度，所以在車輛實(shí)際條件下的校準(zhǔn)是很有必要的。
在GPS接收條件持續(xù)良好的情況下，車輛行駛保證轉(zhuǎn)彎過程比較平穩(wěn)的情況下，就可實(shí)現(xiàn)陀螺系數(shù)的自動(dòng)校正。在陀螺系數(shù)校正的彎道模型兩種轉(zhuǎn)彎模型90°和180°轉(zhuǎn)彎，可以實(shí)現(xiàn)陀螺系數(shù)的自動(dòng)校準(zhǔn)。這個(gè)模型涉及到衛(wèi)星數(shù)量(NUM)、衛(wèi)星定位精度因子(PDOP)、傳感器測(cè)量車輛速度Vs或GPS測(cè)量的直線速度Vg、陀螺測(cè)量航向Bgyro和GPS測(cè)量車輛航向Bgps、狀態(tài)持續(xù)時(shí)間T等，具體描述為1、GPS接收良好條件NUM一般大于6顆星，PDOP小于3；2、直線穩(wěn)定段車輛速度條件Vg大于36Km/h；3、直線穩(wěn)定段角速度小于0.5度/秒直線行駛條件相鄰兩次航向Bgyro或Bgps之差小于0.5度，持續(xù)時(shí)間6秒以上。
4、轉(zhuǎn)彎的角度范圍在60°度到240°；5、減速轉(zhuǎn)彎、轉(zhuǎn)彎和準(zhǔn)備加速階段對(duì)車輛速度沒有限制，但轉(zhuǎn)彎過程車輛不要停車，且總轉(zhuǎn)彎時(shí)間在30秒以內(nèi)。
上述1～3項(xiàng)中的設(shè)定值都可根據(jù)所需情況進(jìn)行改變。
假設(shè)NI為第i次校準(zhǔn)得到的角度因子，在i+1次校準(zhǔn)時(shí)，計(jì)算從開始校準(zhǔn)直線段航向到結(jié)束時(shí)直線段航向的陀螺測(cè)量航向變化值ΔBgyro和GPS測(cè)量車輛測(cè)量航向變化值ΔBgps，這樣，新角度因子為Ni+1＝Ni×ΔBgps÷ΔBgyro計(jì)算結(jié)束后將新的角度因子Ni+1使用寫入到配置文件，代替原來中的保留的角度因子Ni；角度因子校準(zhǔn)結(jié)束后，清除與角度因子校準(zhǔn)有關(guān)狀態(tài)和記錄，等待下一次校準(zhǔn)。
二、直線速度校準(zhǔn)模型車輛速度傳感器的直線速度因子用M(m/p)來表示，表示意義為車輛行駛時(shí)一個(gè)里程表輸出脈沖對(duì)應(yīng)的車輛行駛里程；M值的大小決定于車輛里程表的型號(hào)、輪胎的大小，對(duì)于不同型號(hào)車輛的里程表，M值的可能不一樣；對(duì)于相同的車輛，由于輪胎的磨損、車胎的氣壓不同，環(huán)境溫度的變化，M值的需要精細(xì)的調(diào)整。
理論上車輛速度傳感器的速度因子可以從廠家獲得原始值并根據(jù)輪胎的大小計(jì)算出，也可以通過測(cè)定規(guī)定距離中的脈沖值獲得；為了適應(yīng)輪胎的磨損、車胎的氣壓不同，環(huán)境溫度的變化，速度因子需要在車輛上進(jìn)行調(diào)整，現(xiàn)有利用GPS測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)的車輛行駛距離和脈沖數(shù)的方法來校準(zhǔn)速度因子，由于GPS的誤差和道路的復(fù)雜性(例如轉(zhuǎn)彎、上下坡等)，速度因子的精度受到一定的影響。
在GPS接收條件持續(xù)良好的情況下，車輛行駛保證高速、勻速、直線行駛，這涉及到衛(wèi)星數(shù)量NUM、PDOP、GPS車輛速度Vg、衛(wèi)星時(shí)間(UTC)、陀螺儀或GPS車輛航向Bg、狀態(tài)持續(xù)時(shí)間T等，具體描述為1、GPS接收良好條件NUM一般大于6顆星；PDOP小于3；2、車輛高速行駛條件Vg大于60Km/h；3、車輛勻速行駛條件相鄰兩次速度ΔV之差小于1.8Km/h；4、直線行駛條件相鄰兩次航向Bg之差小于0.5度；5、持續(xù)時(shí)間條件車輛高速行駛、車輛勻速行駛和直線行駛均持續(xù)時(shí)間大于6秒；6、最小校準(zhǔn)時(shí)間間隔根據(jù)GPS的UTC時(shí)間計(jì)算，可設(shè)定為1小時(shí)。
其中，上述六項(xiàng)的設(shè)定值都可根據(jù)所需情況進(jìn)行改變。
當(dāng)上述模型滿足時(shí)，具體校準(zhǔn)方法如下設(shè)MI為第i次校準(zhǔn)得到的速度因子，在i+1次校準(zhǔn)時(shí)，GPS測(cè)量的速度為Vg，與此同時(shí)MCU通過測(cè)量車輛速度傳感器測(cè)量車輛速度為Vs，這樣新速度因子為Mi+1＝Mi×Vg÷Vs計(jì)算結(jié)束后將新的速度因子Mi+1使用寫入到配置文件，代替原來中的保留的速度因子Mi；速度因子校準(zhǔn)結(jié)束后，清除與速度因子校準(zhǔn)有關(guān)狀態(tài)和記錄，等待下一次校準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種車載速度測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)方法，包括有以下步驟a.GPS接收儀接收到GPS定位數(shù)據(jù)；b.車載的速度測(cè)量?jī)x得到的儀表數(shù)據(jù)；c.判斷GPS定位數(shù)據(jù)和儀表數(shù)據(jù)，是否符合速度校準(zhǔn)模型I.若不符合，重新接收GPS定位數(shù)據(jù)和儀表數(shù)據(jù)；II.若符合，對(duì)測(cè)量?jī)x原有的速度因子進(jìn)行修正，得到新的速度因子，進(jìn)行保存；其中修正方法為新速度因子為GPS和測(cè)量?jī)x得到的速度變化比值與原有速度因子之積；d.此新速度因子與儀表數(shù)據(jù)的乘積，即為車輛的真實(shí)速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載速度測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)方法，其特征在于所述速度測(cè)量?jī)x包括有角速度測(cè)量?jī)x和直線速度測(cè)量?jī)x，所述速度校準(zhǔn)模型包括有角速度校準(zhǔn)模型和直線速度校準(zhǔn)模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車載速度測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)方法，其特征在于所述角速度校準(zhǔn)模型包括有GPS接收的衛(wèi)星數(shù)量、GPS定位精度因子、車輛直線速度、直線段所耗時(shí)間、車輛轉(zhuǎn)彎的角度值和轉(zhuǎn)彎所耗時(shí)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車載速度測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)方法，其特征在于所述直線速度校準(zhǔn)模型包括有GPS接收的衛(wèi)星數(shù)量、GPS定位精度因子、車輛直行最低速度、車速變化值、車輛行駛最短時(shí)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的車載速度測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)方法，其特征在于所述車輛直線行駛包括有相鄰兩次航向角度差值小于設(shè)定值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載速度測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)方法，其特征在于所述對(duì)原有速度因子進(jìn)行修正a.對(duì)于角速度校準(zhǔn)模型，新角速度因子為GPS和測(cè)量?jī)x得到的航向變化比值與原有角速度因子之積；b.對(duì)于直線速度校準(zhǔn)模型，新直線速度因子為GPS和測(cè)量?jī)x得到的速度比值與原有直線速度因子之積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種車載速度測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)方法，包括有以下步驟GPS接收儀接收到GPS定位數(shù)據(jù)；車載的速度測(cè)量?jī)x得到的儀表數(shù)據(jù)；判斷GPS定位數(shù)據(jù)和儀表數(shù)據(jù)，符合是否速度校準(zhǔn)模型I.若不符合，重新接收GPS定位數(shù)據(jù)和儀表數(shù)據(jù)；II.若符合，對(duì)測(cè)量?jī)x原有的速度因子進(jìn)行修正，得到新的速度因子，進(jìn)行保存；此新速度因子與儀表數(shù)據(jù)的乘積，即為車輛的真實(shí)速度。本發(fā)明使用GPS的衛(wèi)星時(shí)間來控制速度因子校準(zhǔn)的頻率，避免了車輛在高速公路行使時(shí)由于常常滿足校準(zhǔn)條件而帶來的大量校準(zhǔn)操作，從而減少對(duì)存儲(chǔ)器的頻繁擦寫，提高器件的可靠性。
文檔編號(hào)G01P21/02GK1955639SQ200510109498
公開日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月24日
發(fā)明者何鐵, 夏繼江, 徐亞卿 申請(qǐng)人:何鐵