CN103557869A - 一种车载导航仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车载导航仪，该车载导航仪包括用于对导航数据进行融合计算，实时计算车辆姿态、速度和位置的导航计算机模块；通过感应地球磁场来提供地理北向基准的电子罗盘模块；用于实时获取车体的姿态、速度和位置信息的惯性测量模块；用于提供高精度车辆位置信息的GPS模块；用于实时显示车辆的姿态、速度、位置信息的显示模块。本发明针对车载导航设备中GPS信号间歇性受到阻隔而丧失导航功能的情况，引入惯性导航***和电子罗盘，与GPS构建组合导航***，扩展了姿态和速度，而且保证了导航信息输出的连续性，满足了车载导航的精度要求。

Description

一种车载导航仪
技术领域
本发明导航设备领域，尤其涉及一种车载导航仪。
背景技术
近年来，GPS 在车载导航领域占据主导地位，但对于繁华街区等地形复杂的区域，GPS 信息极其容易受到阻隔而丧失持续的定位能力。因此，采用惯性导航***(Inertial Navigation System，INS)和GPS 构建组合导航***，是提高车载导航***的持续定位和容错能力的常用方式。但是，传统的INS 比较昂贵，随着MEMS(MicroElectro Mechanical System)惯性传感器的兴起和性能的不断提高，已经逐步成为新一代INS 的重要构成元素，可以满足车载导航***低成本、微型化的需要，以及在GPS 信息丢失时，采用速度约束信息对改善导航精度的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车载导航仪，旨在解决现传统的GPS导航仪持续定位和容错能力较差的问题。
本发明是这样实现的，一种车载导航仪包括电子罗盘模块、惯性测量模块、GPS模块、导航计算机模块、显示模块。
用于对导航数据进行融合计算，实时计算车辆姿态、速度和位置的导航计算机模块；
与导航计算机模块相连接，通过感应地球磁场来提供地理北向基准的电子罗盘模块；
与导航计算机模块相连接，用于实时获取车体的姿态、速度和位置信息的惯性测量模块；
与导航计算机模块相连接，用于提供高精度车辆位置信息的GPS模块；
与导航计算机模块相连接，用于实时显示车辆的姿态、速度、位置信息的显示模块。
进一步，所述的惯性测量模块包含3轴陀螺仪和3轴加速度计；
进一步，当GPS信息丢失时，***会自动引入速度约束信息来抑制导航参数的发散。
导航坐标系下的速度Vn到载体坐标系下的速度Vb的转换公式为：
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE001
    (1)
其中,
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE002
[
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE003
]T ,
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE004
为从导航系n到载体b的姿态转移矩阵，
对（1）式求微分，得到  
δ
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE005
= +
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE007
= + E
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE008
=
Figure 423149DEST_PATH_IMAGE006
 + E      （2）
式中，E为平台失准角[
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE009
,
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE010
,
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE011
]T的反对称矩阵，
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE012
，即
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE013
。
效果汇总
本发明针对车载导航设备中GPS 信号间歇性受到阻隔而丧失导航功能的情况，引入惯性导航***和电子罗盘，与GPS 构建组合导航***，扩展了姿态和速度，而且保证了导航信息输出的连续性，满足了车载导航的精度要求。
附图说明
图1是本发明实施例提供的车载导航的结构示意图；
图中：1、电子罗盘模块；2、导航计算机模块；3、显示模块；4、GPS模块；5、惯性测量模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明的车载导航仪的结构，如图所示，本发明是这样实现的，一种车载导航仪包括电子罗盘模块1、惯性测量模块5、GPS模块4、导航计算机模块2、显示模块3。
用于对导航数据进行融合计算，实时计算车辆姿态、速度和位置的导航计算机模块2；
与导航计算机模块2相连接，通过感应地球磁场来提供地理北向基准的电子罗盘模块1；
与导航计算机模块2相连接，用于实时获取车体的姿态、速度和位置信息的惯性测量模块5；
与导航计算机模块2相连接，用于提供高精度车辆位置信息的GPS模块4；
与导航计算机模块2相连接，用于实时显示车辆的姿态、速度、位置信息的显示模块3。
进一步，所述的惯性测量模块5包含3轴陀螺仪和3轴加速度计；
进一步，当GPS信息丢失时，***会自动引入速度约束信息来抑制导航参数的发散。
导航坐标系下的速度Vn到载体坐标系下的速度Vb的转换公式为：
    (1)
其中,
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE015
[
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE016
]T ,
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE017
为从导航系n到载体b的姿态转移矩阵，
对（1）式求微分，得到  
δ
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE018
=
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE019
 +
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE020
=
Figure 342968DEST_PATH_IMAGE019
 + E
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE021
=
Figure 95024DEST_PATH_IMAGE019
 + E
Figure 917486DEST_PATH_IMAGE018
      （2）
式中，E为平台失准角[
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE022
,
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE023
,
Figure 2013105539926100002DEST_PATH_IMAGE024
]T的反对称矩阵，
Figure 59886DEST_PATH_IMAGE012
，即
Figure 196469DEST_PATH_IMAGE013
。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.种车载导航仪，其特征在于，所述的车载导航仪包括电子罗盘模块、惯性测量模块、GPS模块、导航计算机模块、显示模块，
用于对导航数据进行融合计算，实时计算车辆姿态、速度和位置的导航计算机模块；
与导航计算机模块相连接，通过感应地球磁场来提供地理北向基准的电子罗盘模块；
与导航计算机模块相连接，用于实时获取车体的姿态、速度和位置信息的惯性测量模块；
与导航计算机模块相连接，用于提供高精度车辆位置信息的GPS模块；
与导航计算机模块相连接，用于实时显示车辆的姿态、速度、位置信息的显示模块。
2.如权利要求1所述的车载导航仪，其特征在于，所述的惯性测量模块包含3轴陀螺仪和3轴加速度计。
3.如权利要求1所述的车载导航仪，其特征在于，当GPS信息丢失时，***会自动引入速度约束信息来抑制导航参数的发散；
导航坐标系下的速度Vn到载体坐标系下的速度Vb的转换公式为：
Figure 615350DEST_PATH_IMAGE001
    
其中,
Figure 53284DEST_PATH_IMAGE002
[]T ,
Figure 8788DEST_PATH_IMAGE004
为从导航系n到载体b的姿态转移矩阵，
对（1）式求微分，得到  
δ
Figure 122238DEST_PATH_IMAGE005
= +=
Figure 146322DEST_PATH_IMAGE006
 + E= + E
Figure 933516DEST_PATH_IMAGE005
      
式中，E为平台失准角[
Figure 115098DEST_PATH_IMAGE009
,
Figure 304771DEST_PATH_IMAGE010
,
Figure 17644DEST_PATH_IMAGE011
]T的反对称矩阵，
Figure 583754DEST_PATH_IMAGE012
，即
Figure 885422DEST_PATH_IMAGE013
。
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