CN105182386A - 智能车载定位终端及定位方法 - Google Patents

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汪学军
李亚平
陈新中
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黄奶清
张校平
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孙刚
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李绍甫
吴亚峰
林家骐
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胡涛
戴波
王元勋
刘军
陈修和
张胜
汤铁松
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    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
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Abstract

针对现有导航设备精度上述的不足，本发明提供智能车载定位终端及定位方法。所述智能车载定位终端，包括定位单元、电源单元、通信单元和显示单元。所述定位方法，采用本发明所述的智能车载定位终端，并按四个步骤实现。有益的技术效果：本发明采用高精度GNSS定位技术来获取车辆位置信息。克服了现有的车载定位***所采用的卫星伪距定位算法——定位精度平均在10m左右，满足不了车道级的定位要求，难以适应现代化智能交通***的技术难题。本发明采用载波相位差分技术，利用数传电台获取基站差分信息，利用该精度测量型天线与高精度GNSS核心板获取卫星载波相位信息，利用双差算法计算车辆位置，其精度可达cm级。

Description

智能车载定位终端及定位方法
技术领域
本发明属于导航设备技术领域，具体涉及智能车载定位终端及定位方法。
背景技术
智能交通***(IntelligentTransportationSystem，简称ITS)是未来交通***的发展方向，它是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理***而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理***。ITS可以有效地利用现有交通设施、减少交通负荷和环境污染、保证交通安全、提高运输效率，因而，日益受到各国的重视。
实时、高精度的车辆位置对于智能交通***至关重要，但是，现有的车载定位***一般采用卫星的伪距定位算法，其定位精度平均在10m左右，满足不了车道级的定位要求，因而难以适应现代化智能交通***。
发明内容
针对现有导航设备的上述不足，本发明提供智能车载定位终端及定位方法，其具体结构如下：
智能车载定位终端，包括定位单元、电源单元、通信单元和显示单元。其中，定位单元、电源单元放置于车顶部。显示单元放置于车内。通信单元采用电缆线,定位单元与显示单元之间采用USB接口。显示单元放置于车内。定位单元包括北斗/GPS天线2、北斗/GPS模块3和ARM核心板4。电源单元内含1个电源模块1。通信单元内含1根数据传输电缆5，数传电台模块6。显示单元内含1个手机模块7。所述手机模块7为采用android的智能手机。其中，北斗/GPS天线2的输出端与北斗/GPS模块3的输入端相连。北斗/GPS模块3的输出端、数传电台模块6的输出端分别与ARM核心板4的输入端相连。ARM核心板4的输出端经数据传输电缆5与手机模块7的输入端相连。电源模块1的输电端口分别与ARM核心板4的取电端口、北斗/GPS模块3的取电端口、数传电台模块6的取电端口、北斗/GPS天线2的取电端口相连接。
采用本发明所述的智能车载定位终端的定位方法，按如下步骤进行：
步骤一：由北斗/GPS天线2捕获北斗/GPS卫星信号并将其输入到北斗/GPS核心板3。
由北斗/GPS核心板3解析北斗/GPS卫星信号，得到广播星历用于计算北斗/GPS卫星的坐标，得到车载终端的载波相位信号。
由数传电台模块6获取GNSS基站信号，得到基站的载波相位信号以及基站的坐标。
步骤二：将步骤一得到的车载终端的载波相位信号、基站的载波相位信号作双差得到下式：
。
式中，为载波相位观测值、为载波频率、为光速、为站星距离、为整周未知数、为电离层延迟、为对流层延迟。
步骤三：用向量解算方法，将由步骤2得到处理结果转换为双差误差方程：
。
式中，为双差相位观测值改正数、()为基线向量未知数、为整周未知数、为观测值与由未知参数近似值求得的计算值之差、为未知数系数。
步骤四：解算步骤3的双差误差方程，得到基站与车辆的坐标差（）。
将基站与车辆的坐标差（）与步骤一获得的基站的坐标相加，即可获得最终的车辆位置。
有益的技术效果
本发明采用高精度GNSS定位技术来获取车辆位置信息。克服了现有的车载定位***所采用的卫星伪距定位算法——定位精度平均在10m左右，满足不了车道级的定位要求，难以适应现代化智能交通***的技术难题。本发明采用载波相位差分技术，利用数传电台获取基站差分信息，利用该精度测量型天线与高精度GNSS核心板获取卫星载波相位信息，利用双差算法计算车辆位置，其精度可达cm级。
此外，本发明通过手机GIS平台实时、准确显示车辆的动态运行状态，包括：车速、里程、到站离站时间等。今儿可以拓展其功能，以显示站名、运行路段、堵车、火警、车辆故障、超速告警及超速提示、赖站告警及赖站提示、疲劳驾驶提示、自动报站等。主要用于公交、长途客车、定线物流车辆的智能管理。
附图说明
图1为本发明的硬件结构原理图。
图2为图1中数传电台模块6的结构原理图。
具体实施方式
现结合附图详细说明本发明的结构特点。
参见图1，智能车载定位终端，包括定位单元、电源单元、通信单元和显示单元。其中，定位单元、电源单元放置于车顶部。显示单元放置于车内。通信单元采用电缆线,定位单元与显示单元之间采用USB接口。显示单元放置于车内。定位单元包括北斗/GPS天线2、北斗/GPS模块3和ARM核心板4。电源单元内含1个电源模块1。通信单元内含1根数据传输电缆5，数传电台模块6。显示单元内含1个手机模块7。所述手机模块7为采用android的智能手机。其中，
北斗/GPS天线2的输出端与北斗/GPS模块3的输入端相连。北斗/GPS模块3的输出端、数传电台模块6的输出端分别与ARM核心板4的输入端相连。ARM核心板4的输出端经数据传输电缆5与手机模块7的输入端相连。电源模块1的输电端口分别与ARM核心板4的取电端口、北斗/GPS模块3的取电端口、数传电台模块6的取电端口、北斗/GPS天线2的取电端口相连接。
进一步说，北斗/GPS天线2与北斗/GPS模块3之间、北斗/GPS模块3与ARM核心板4之间、数据传输电缆5与ARM核心板4之间、数据传输电缆5与手机模块7、数传电台模块6与ARM核心板4之间均通过有线连接。
进一步说，电源模块1负责向北斗/GPS模块3、ARM核心板4、北斗/GPS天线2、数传电台模块6提供电能。北斗/GPS天线2负责向北斗/GPS模块3提供GPS导航信号和北斗导航信号。北斗/GPS模块3负责将GPS导航信号和北斗导航信号转换成二进制的GPS坐标数据和二进制的北斗坐标数据。数传电台模块5负责将基站差分信号发送到ARM核心板4。ARM核心板4负责处理二进制的GPS坐标数据、二进制的北斗坐标数据以及GNSS基站发送的差分信号，得到厘米级的实时三维数据。数据传输电缆5负责向手机模块4传输车辆的定位信息。ARM核心板4经数据传输电缆5向手机模块7提供定位结果。手机模块7根据定位结果利用导航软件进行显示。
进一步说，北斗/GPS天线2为测量型天线。
进一步说，定位单元具有RS232串口与USB接口，用于输出定位结果。
进一步说，北斗/GPS模块3的型号为上海司南卫星导航技术有限公司的K500板卡。ARM核心板4的型号为ARM9。数传电台模块5的型号为上海司南卫星导航技术有限公司的U30无线通讯模块。手机模块采用的Android***。
进一步说，参见图2，数传电台模块6可由双工器61、功放器62、激励器单元63、接收单元64和基带单元65。其中，双工器61含有TX口和RX口。双工器61的TX口经功放器62与激励器单元63相连。双工器61的RX口与接收单元64相连。激励器单元63、接收单元64分别与基带单元65相连。
所述双工器61负责将接受信号藕合、将发射功率馈送出去。藕合的接受信号与馈送的发射功率信号相互独立互不影响。双工器61在双工电台中起到收发共用天线的作用。功放器62负责放大发射功率。激励器单元63负责完成射频信号的调制和处理，即把要调制数据送调制并进行电压放大。接收单元64负责完成射频信号的解调。基带单元65负责完成本机工作状态的控制。
进一步说，所述双工器61的型号为博亚电子的DU5CL08-3500/H200-6500/H300-SM/SF。功放器62的型号为南京佛能科技HEAS-20功率放大器。激励器单元63的型号为常州高特C217006激励器。
参见图2，进一步说，在数传电台模块4内设有控制单元66。所述控制单元66负责完成本车载定位装置工作状态的控制。控制单元66分别与激励器单元63、接收单元64相连。
本数传电台模块6的车辆可以获取GNSS基站差分信息，且可以将定位结果发送到监控中心。
采用本发明所述任一智能车载定位终端的定位方法，其特征在于：按如下步骤进行：
步骤一：由北斗/GPS天线2捕获北斗/GPS卫星信号并将其输入到北斗/GPS核心板3。
由北斗/GPS核心板3解析北斗/GPS卫星信号，得到广播星历用于计算北斗/GPS卫星的坐标，得到车载终端的载波相位信号。
由数传电台模块6获取GNSS基站信号，得到基站的载波相位信号以及基站的坐标。
步骤二：将步骤一得到的车载终端的载波相位信号、基站的载波相位信号作双差得到下式：
。
式中，为载波相位观测值、为载波频率、为光速、为站星距离、为整周未知数、为电离层延迟、为对流层延迟。
步骤三：用向量解算方法，将由步骤2得到处理结果转换为双差误差方程：
。
式中，为双差相位观测值改正数、()为基线向量未知数、为整周未知数、为观测值与由未知参数近似值求得的计算值之差、为未知数系数。
步骤四：解算步骤3的双差误差方程，得到基站与车辆的坐标差（）。
将基站与车辆的坐标差（）与步骤一获得的基站的坐标相加，即可获得最终的车辆位置。
进一步说，北斗/GPS核心板3至少需要解析4颗卫星的北斗/GPS卫星信号。
进一步说，当北斗/GPS核心板3解析的北斗/GPS卫星信号多于4颗卫星时，采用最小二乘法解算误差方程。

Claims (9)

1.智能车载定位终端，其特征在于：包括定位单元、电源单元、通信单元和显示单元；其中，定位单元、电源单元放置于车顶部；显示单元放置于车内；通信单元采用电缆线,定位单元与显示单元之间采用USB接口；显示单元放置于车内；定位单元包括北斗/GPS天线（2）、北斗/GPS模块（3）和ARM核心板（4）；电源单元内含1个电源模块（1）；通信单元内含1根数据传输电缆（5），数传电台模块（6）；显示单元内含1个手机模块（7）；所述手机模块（7）为采用android的智能手机；其中，
北斗/GPS天线（2）的输出端与北斗/GPS模块（3）的输入端相连；北斗/GPS模块（3）的输出端、数传电台模块（6）的输出端分别与ARM核心板（4）的输入端相连；ARM核心板（4）的输出端经数据传输电缆（5）与手机模块（7）的输入端相连；电源模块（1）的输电端口分别与ARM核心板（4）的取电端口、北斗/GPS模块（3）的取电端口、数传电台模块（6）的取电端口、北斗/GPS天线（2）的取电端口相连接。
2.根据权利要求1所述的智能车载定位终端，其特征在于：北斗/GPS天线（2）与北斗/GPS模块（3）之间、北斗/GPS模块（3）与ARM核心板（4）之间、数据传输电缆（5）与ARM核心板（4）之间、数据传输电缆（5）与手机模块（7）、数传电台模块（6）与ARM核心板（4）之间均通过有线连接。
3.根据权利要求1所述的智能车载定位终端，其特征在于：电源模块（1）负责向北斗/GPS模块（3）、ARM核心板（4）、北斗/GPS天线（2）、数传电台模块（6）提供电能；
北斗/GPS天线（2）负责向北斗/GPS模块（3）提供GPS导航信号和北斗导航信号；
北斗/GPS模块（3）负责将GPS导航信号和北斗导航信号转换成二进制的GPS坐标数据和二进制的北斗坐标数据；
数传电台模块（5）负责将基站差分信号发送到ARM核心板（4）；
ARM核心板（4）负责处理二进制的GPS坐标数据、二进制的北斗坐标数据以及GNSS基站发送的差分信号，得到厘米级的实时三维数据；
数据传输电缆（5）负责向手机模块（4）传输车辆的定位信息；
ARM核心板（4）经数据传输电缆（5）向手机模块（7）提供定位结果；
手机模块（7）根据定位结果利用导航软件进行显示。
4.根据权利要求1所述的智能车载定位终端，其特征在于：北斗/GPS天线（2）为测量型天线。
5.根据权利要求1所述的智能车载定位终端，其特征在于：定位单元具有RS232串口与USB接口，用于输出定位结果。
6.根据权利要求1所述的智能车载定位终端，其特征在于：北斗/GPS模块（3）的型号为K500；ARM核心板（4）的型号为ARM9；数传电台模块（5）的型号为U30。
7.采用权利要求1至6所述任一智能车载定位终端的定位方法，其特征在于：按如下步骤进行：
步骤一：由北斗/GPS天线（2）捕获北斗/GPS卫星信号并将其输入到北斗/GPS核心板（3）；
由北斗/GPS核心板（3）解析北斗/GPS卫星信号，得到广播星历用于计算北斗/GPS卫星的坐标，得到车载终端的载波相位信号；
由数传电台模块（6）获取GNSS基站信号，得到基站的载波相位信号以及基站的坐标；
步骤二：将步骤一得到的车载终端的载波相位信号、基站的载波相位信号作双差得到下式：
；
式中，为载波相位观测值、为载波频率、为光速、为站星距离、为整周未知数、为电离层延迟、为对流层延迟；
步骤三：用向量解算方法，将由步骤2得到处理结果转换为双差误差方程：
；
式中，为双差相位观测值改正数、()为基线向量未知数、为整周未知数、为观测值与由未知参数近似值求得的计算值之差、为未知数系数；
步骤四：解算步骤3的双差误差方程，得到基站与车辆的坐标差（）；
将基站与车辆的坐标差（）与步骤一获得的基站的坐标相加，即可获得最终的车辆位置。
8.根据用权利要求7采用智能车载定位终端的定位方法，其特征在于：北斗/GPS核心板（3）至少需要解析4颗卫星的北斗/GPS卫星信号。
9.根据用权利要求7采用智能车载定位终端的定位方法，其特征在于：当北斗/GPS核心板（3）解析的北斗/GPS卫星信号多于4颗卫星时，采用最小二乘法解算误差方程。
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